Как сделать воздушный теплообменник на дымоход: обзор на примере печки-буржуйки

Банная печь с теплообменником — преимущества и особенности эксплуатации

Выделим основные достоинства печей в бане с теплообменником.

• Банная система такой конструкции решает сразу две задачи – отапливает помещения предбанника и парилки, а также нагревает воду.
• Располагать бак допускается в помещении, ближайшем к парилке.
• Несмотря на относительно невысокую стоимость печей с теплообменником на трубу в бане, им характерен большой эксплуатационный ресурс благодаря использованию при изготовлении высококачественных материалов.
• По причине оснащения топки современной печи огнеупорным стеклом, можно наслаждаться языками пламени и контролировать при этом процесс горения.
• Неприхотливость системы в уходе;
• Привлекательный внешний вид.
• Незначительные габариты печи с теплообменником на трубу в бане способствуют экономии пространства в парилке.
• Мощности такой системы вполне достаточно для быстрого прогрева помещения парилки до нужной температуры.

Конструкция банной печи с теплообменником не отличается сложностью, а бак можно расположить в помещении, примыкающем к парилке

Вопросы безопасности для каждого человека находятся на первом месте. Этот фактор требует, чтобы система эксплуатировалась правильно. Крепить трубы, соединяющие бак с другими частями конструкции, неподвижно к стене нельзя, поскольку при нагревании их линейные параметры изменяются.

Выбирать объём ёмкости для воды следует с учётом того, что её прогрев должен осуществляться на протяжении двух часов с момента розжига в топке топлива. Иначе вода просто превратится в пар.

Мощность созданного теплообменника на трубу дымохода в баню не должна оказывать влияние на функционирование самой печи. При этом уровень допустимого понижения мощности не должен превышать 10%. Когда система нагрета до высокой температуры, заполнять её водой нельзя.

Установка змеевика на дымовую трубу

Для печей небольших парилок можно устанавливать теплообменники непосредственно на дымовую трубу. Конструкция водогрейного змеевика практически ничем не отличается от встроенных теплообменников, единственным неудобством является потребность в установке дополнительной аккумулирующей емкости под горячую воду.

Многие владельцы парилок устанавливают на печку каменку оба типа теплообменников, внутренний из легированной стали и наружный – из меди или медного сплава. Первый водяной контур используется для получения горячей воды и кипятка, второй – постоянно заполнен жидкостью и закольцован на систему отопления.

Изготовление теплообменника своими руками

Не всегда есть возможность купить готовый проект печи с теплообменником. Так же не все могут сами работать сваркой. Но соорудить теплообменник в печь для отопления своими руками, не такая тяжелая задача. Применив алюминий или медь можно избежать сварочных работ. При хорошей подготовке, правильном расчёте это возможно и не обременительно. Вдобавок экономит семейный бюджет.

Расходные материалы

Выбрав место и размер, стоит обдумать из чего проще соорудить теплообменник. Можно использовать как перечисленные выше материалы, так и чугунные радиаторы отопления, автомобильные радиаторы и тому подобное. Главное правильно учитывать тепло проводимость. Точно продумать какой инструмент понадобится и подготовить его заранее. Все эти мелочи облегчат установку.

Алгоритм сборки

Начинать надо с проекта — продумывая мелочи и подбирая варианты. Исходить стоит из размера — если печь слабая, то несоразмерно большой теплообменник только навредит. Если вы используете в качестве трубы для змеевика медь, то длина не должна превышать трёх метров.

Самый простой вариант изготовления — змеевик.  Для него потребуется медная труба, длинной от 2 м до 3 м.

От длины трубы и количества витков зависит скорость нагрева. Но стоит помнить — надо учитывать размер печи, топки и не злоупотреблять увеличением змеевика. Перекосы в размерах понижают срок службы печи.

Для закручивания трубы в спираль нужен шаблон. Это любая подсобная деталь цилиндрической формы. Диаметр шаблона должен вписываться в топочный размер. 

Подготовив материалы приступаем:

• Изгибая трубу, наматываем её на заготовленную болванку для получения спирали;
• Соблюдаем размеры, в которые надо змеевик поместить;

Средний показатель расчётной мощности теплообменника, равен 1кВт на 10 метров площади.

Если вас не устраивает такой тип теплообменника, можно изготовить другой тип, например сварив стальные трубы. Выглядит это примерно так:

Примеры чертежей, по которым проводить работы:

Как установить?

Установить теплообменник в печь удобно во время кладки новой печи. Это позволит капитально смонтировать его, соблюдая все зазоры и размеры. При такой установке легче соблюсти правильный размер. Смонтировав теплообменник на фундамент печи, обложить его кирпичом легче, чем разбирая готовую печь, пытаться приспособить его на место. Но это тоже возможно.

Есть также важные моменты и требования, которые стоит соблюдать для увеличения сроков эксплуатации:

• не стоит фиксировать трубы конструкций металлическими крепежами;
• не стоит заливать ледяную воду, для избежания появления конденсата;
• соблюдать пропорции между печью и теплообменником, избегая большой разницы;
• использовать уплотнительные материалы с высокой жаропрочностью;
• соблюдать полностью все меры противопожарной безопасности;

Нехитрые правила помогут избежать опасных ситуаций, помогут продлить срок службы печи. Не забывайте так же о пожарной безопасности.

Примеры установки на фото:

Назначение и особенности устройства

Данная конструкция предназначена для отбора тепла у нагретой дымовой трубы и передачи его теплоносителя, циркулирующему в теплообменнике. Сама конструкция такого устройства зависит от формы и сечения дымохода, материала, из которого он изготовлен, мощности отопительного устройства и теплоносителя, в качестве которого может выступать воздух, вода, масло и различные незамерзающие жидкости.

По циркулирующему внутри устройства теплоносителю, все теплообменники можно классифицировать на воздушные и жидкостные. Воздушные – более просты в изготовлении, но имеют не самую высокую эффективность. Например, для обогрева второго помещения, предбанника или мансарды, необходимо провести туда воздуховод, а если такое помещение расположено достаточно далеко от печи, то необходимо установить вентилятор для создания принудительного воздушного потока.

Теплообменники с жидким теплоносителем, более требовательны к качеству изготовления и материалу, но имеют большую эффективность. Например, дымоход с теплообменником, по которому циркулирует вода, может служить полноценной системой водяного отопления для небольшого дачного домика, если к входу и выходу устройства подключить подачу и обратку на один-два радиатора.

Варианты подключения конструкций

Теплообменник на дымоходе может работать в двух основных режимах. И в каждом из них – свой процесс теплоотдачи от дыма к внутренней трубе теплообменника.

Итак, в первом режиме мы подключаем к теплообменнику выносной бак с холодной водой. Тогда на внутренней трубе происходит конденсация воды, отчего сам теплообменник нагревается исключительно за счет тепла конденсации водяных паров дымовых газов. В этом случае температура на стенке трубы будет не более 100°С. И вода в баке греться будет долго.

Во втором режиме конденсация паров воды на внутренней стенке теплообменника не происходит. Здесь тепловой поток через трубу идет более существенно, и вода греется быстро. Чтобы более полно понять этот процесс, проведите такой эксперимент: поставьте кастрюлю с холодной водой на газовую горелку. Будет хорошо видно, как на стенках кастрюли появится конденсат, и он станет капать на плиту. И не смотря на пламя 100°С, это состояние будет идти долго, пока сама вода в кастрюле не разогреется. Поэтому, если вы используете теплообменник на трубе как регистр для нагрева воды, то отдавайте предпочтение небольшим его конструкциям с толстыми стенками внутренней трубы – так конденсата будет намного меньше.

Труба на олове – просто и долговечно!

Данный вариант — это просто, практично и удобно. По сути, здесь дымоход попросту обвивает металлическая или медная труба, она постоянно нагревается, и перегоняемый через нее воздух быстро становится теплым.

Приварить спираль к вашему дымоходу вы можете аргоновой горелкой либо полуавтоматической сваркой. Припаять можно и оловом – если только заранее обезжирить его ортофосфорной кислотой. Держаться на нем теплообменник будет особенно крепко – ведь как раз самовары и паяны оловом, и служат действительно долго.

Гофра – дешево и сердито

Это – самый простой и малобюджетный вариант. Берем три алюминиевые гофры и оборачиваем их вокруг дымохода в мансарде или втором этаже. В трубах от стенок дымохода воздух будет греться, и его можно будет перенаправить в любое другое помещение. Даже достаточно большая комната будет нагрета до жары, пока вы будете топить печь для парной. А чтобы теплосъем был более продуктивен, обмотайте спирали из гофры обычной пищевой фольгой.

Теплоообменник-колпак – для прогрева мансарды

Также на участке дымохода в мансардном помещении можно поставить теплообменник, который работал бы по принципу колпаковой печи – это когда горячий воздух поднимается вверх, а остывая – медленно вниз. У такой конструкции есть свой огромный плюс – обычный металлический дымоход на втором этаже обычно раскаляется так, что к нему нельзя прикоснуться, и такой теплообменник значительно уменьшит опасность пожара или случайных ожогов.

Некоторые умельцы такие теплообменники еще обкладывают сеткой с камнями для аккумуляции тепла и декорируют подставку теплообменника. Мансарда в таком случае получается еще более уютной и вполне может использоваться как жилая. Ведь исходя из практики, температура трубы банной печи не превышает 160-170 °С, если на ней находится теплообменник. И самая высокая температура уже будет находиться только в районе шибера. Тепло и безопасно!

Теплообменник в банях

Сделать теплообменник для дымоходной трубы в бане целесообразно при системах ГВС (горячее водоснабжение). Воздушный теплообменник применяется для прогревания помещения бани, а в парной и без него хватит тепла. Водяной теплообменник применяют в том случае, если баня – это отдельное строение. Обычно ёмкость под воду устанавливают под потолком в смежном с парилкой помещении.

Что нужно знать при монтаже теплообменника для горячей воды

1. Бак для воды должен соответствовать мощности печи в бане – вместительная большая емкость дольше нагревается. В небольшой ёмкости бака вода быстро закипит и даст излишний пар. Оптимальная ёмкость – 50-100 литров, а для нагревательного элемента вполне хватит 6-10 литров.
2. Сам теплообменник также должен соответствовать мощности банной печки. Идеальный вариант – теплообменник оставляет 10-15% печного тепла.
3. Бак для воды нужно наполнять во время протапливания печи, иначе – перегревание бака и коллапс всей системы теплообмена обеспечены.
4. Трубы теплообменной системы не следует жёстко крепить к стенам, так как при разогреве они расширяются. Излишне жёсткий монтаж повредит всей конструкции теплообмена.

Принцип работы и устройство теплообменника

Существует несколько различных моделей теплообменников. Их конструкция, как и принцип работы, в целом схожи. Теплообменник имеет полый корпус, снабженный выходным и входным патрубками. Внутри корпуса устанавливается так называемое тормозное устройство, предназначенное для дымовых газов. Чаще всего это система заслонок с вырезами, установленных на осях. Элементы имеют возможность поворачиваться, создавая зигзагообразный газоход различной длины. Регулировка положения заслонок позволяет выбирать оптимальное соотношение эффективности теплообмена и тяги в дымоотводящем канале, не нарушая при этом норм безопасной эксплуатации. Встречаются и более простые варианты без системы регулируемых заслонок.

Устройство теплообменника для печи «Буллерьян». Холодный воздух через отверстия в нижней части устройства попадает внутрь конструкции, нагревается от продуктов сгорания, проходящих по дымоходу, и выходит наружу

Через отверстия, расположенные в нижней части устройства, по принципу конвекции затягивается более холодный воздух. Он проходит по внутреннему пространству, где дымовые газы, проходящие через газоход, нагревают его. Через верхние отверстия разогретый воздух выбрасывается в обогреваемое помещение. Таким образом удается повысить КПД отопительного прибора и существенно уменьшить количество потребляемого им топлива. Были проведены эксперименты, которые показали, что расход топлива у печки-буржуйки с установленным на дымоходе теплообменником уменьшился в три раза.

Однако для того, чтобы добиться такого эффекта, следует правильно подобрать устройство. Не стоит забывать, что отдавая свое тепло в газоходе, продукты сгорания достаточно быстро остывают. Это приводит к уменьшению разности температур в дымоходе и, соответственно, падению тяги в системе. Чтобы не допустить появление этого неприятного эффекта используются регулировки заслонками или подбираются оптимальные размеры конструкции.

Видео

Источники

• https://vsegdanarybalke.ru/raznoye/palatka/teploobmennik-dlya-zimney-ryibalki/
• https://househill.ru/kommunikacii/otoplenie/element/ustrojstva/teploobmenniki.html
• https://CatFishing.ru/poleznoe/teploobmennik-dlya-palatki/
• https://housetronic.ru/otoplenie/element/device/teploobmenniki-svoimi-rukami.html
• https://ogon.guru/otoplenie/komponenti-sistemi/teploobmennik-svoimi-rukami.html
• http://wlooks.ru/palatki/teploobmennik-svoimi-rukami/
• https://remont-system.ru/pechi-i-kaminy/chto-predstavlyaet-soboy-teploobmennik-dlya-palatki-i-kak-ego-sobrat

Теплообменник воздушного типа

Воздушный теплообменник на дымоход своими руками имеет простую конструкцию. Он имеет металлический корпус, внутри которого есть входные и выходные патрубки. Принцип работы изделия простой и виден на этом фото.

Внизу находится холодный воздух. При поступлении в патрубки он нагревается и выходит из верхней части, нагревая помещение, в котором находится. В таком случае расход топлива уменьшается в 2-3 раза, так как помещение эффективней отапливается.

Обратите внимание! Теплообменник устанавливается в горизонтальном положении, как показано на фото. Но есть и варианты с вертикальным расположением

Еще одно преимущество в том, что теплообменник на трубу дымохода делается своими руками. Нужна только подробная инструкция. Вот перечень инструментов и материалов для работ:

• сварочный аппарат;
• болгарка;
• листовой металл, размерами 350х350х1 мм;
• трубы разного диаметра;
• отрезок трубы, диаметр которой 60 мм;
• ведро из металла на 20 л или бочка.

Теперь можно приступить к пошаговому рассмотрению технологии создания:

Создаются торцевые детали из листов 350х350х1 мм. При помощи болгарки вырезаются два одинаковых круга. При этом диаметр деталей (заглушек) равен металлической емкости, которая будет использоваться.
В центре вырезается отверстие для установки 60 мм трубы.
По краям размечается и вырезается отверстия для остальных труб. Их должно быть 8. См

фото
К центральному отверстию приваривается отрезок трубы, диаметр которой 60 мм.
​Обратите внимание! Важно, чтобы все трубы имели одинаковую длину.

Дальше привариваются все 8 труб по кругу. И так к каждому торцу
На выходе должна получиться такая конструкция

Теплообменник практически готов, нужно только сделать для него корпус.
Если в емкости есть дно, то оно отрезается.
По бокам ровно по центру делаются отверстия, идентичные диаметру дымоходной трубы.
В каждое отверстие вставляется патрубок и приваривается сварочным аппаратом.
Сделанный ранее сердечник из труб вставляется в корпус и фиксируется с корпусом сваркой. Теплообменник готов. Осталось покрасить его краской с термоустойчивыми свойствами.

Устанавливается теплообменник на трубу дымохода в баню, в дом или в другое помещение. С ним разница в отоплении будет ощущаться сразу. Посмотрите соответствующее видео, которое поможет справиться с работой своими руками.

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.

Виды ТО

Схема и принцип работы рекуперативного теплообменника

По принципу работы оборудование делится на рекуперативное и регенеративное. В первых движущиеся теплоносители разделены стенкой. Это самый распространенный вид, он может быть различных форм и конструкций. Во втором случае с одной и той же поверхностью по очереди контактируют горячий и холодный теплоносители. Высокая температура нагревает стенку оборудования во время контакта с горячей средой, далее температура передается холодной жидкости при контакте с ней.

По назначению ТО делятся на два вида: охладительные – работают с холодной жидкостью или газом, остужая при этом горячий теплоноситель; и нагревательные – взаимодействуют с разогретой средой, отдавая энергию потокам холодной.

По конструкции теплообменники бывают нескольких видов.

Разборные

Состоят из рамы, двух концевых камер, отдельных пластин, разделенных термостойкими прокладками и крепежных болтов. Такое оборудование отличается простотой очистки и возможностью увеличения эффективности путем добавления пластин. Но разборные ТО чувствительны к качеству воды. Для продления срока их службы требуется установка дополнительных фильтров, что увеличивает стоимость проекта.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник нуждается в установке дополнительных фильтров на теплоноситель

Отличаются методом соединения внутренних пластин:

• В паяных ТО гофрированные пластины из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм сделаны путем холодной штамповки. Между ними устанавливается прокладка из специальной термостойкой резины.
• В сварных пластины свариваются и образуют кассеты, которые затем компонуются внутри стальных плит.
• В полусварных ТО кассеты скрепляются посредством паронитовых соединений в конструкции из небольшого количества сварных модулей. Эти модули уплотняются резиновыми прокладками и соединяются лазерной сваркой. После чего собираются между двумя плитами при помощи болтов.

Пластинчатые теплообменники используются в условиях повышенного давления и экстремальных температурах. Такие устройства требуют минимального технического обслуживания, экономичны и отличаются высокой эффективностью. Кроме того, по необходимости можно увеличить или уменьшить эффективность оборудования путем увеличения или уменьшения количества стальных пластин.

Единственным недостатком теплообменника из гофрированной нержавейки служит чувствительность к качеству теплоносителя, необходима установки дополнительных фильтров.

Кожухотрубные

Состоят из цилиндрического корпуса, куда помещены пучки трубок, собранных в решетки. Концы труб крепятся развальцовкой, сваркой или пайкой. Достоинством такого оборудования служит нетребовательность к качеству теплоносителя и возможность использования в технических процессах, где присутствуют агрессивные среды и высокое давление (в нефтяной, газовой, химической промышленности). Недостатки кожухотрубных ТО – относительно низкая теплоотдача, большие габариты, высокая стоимость и сложность в ремонте.

Спиральные

Состоят из двух листов металла, свернутых в спирали. Внутренние края соединены перегородкой и закреплены штифтами. Такие теплообменники компактны и обладают эффектом самоочистки. Они способны работать с жидкими неоднородными средами, любого качества. При повышении скорости движения жидкости, увеличивается интенсивность теплообмена. Недостатки: сложность в изготовлении и ремонте, ограничение давления рабочей жидкости до 10 кгс/см².

Спиральный
Кожухотрубный

Двухтрубные и труба в трубе

Схема теплообменника “труба в трубе”

Первые состоят из труб разного диаметра. В качестве теплоносителя используется жидкость и газ. Устройства используются в местах с повышенным давлением, имеют высокий уровень теплоотдачи. Отличаются простотой монтажа и обслуживания. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух труб разного диаметра, соединенных между собой. Они используются при небольшом расходе теплоносителя и чтобы оборудовать дымоход.

Несколько общих советов

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

Температура нагрева воды в баке

Температура нагрева воды в баке

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.

Схема подключения

Закипает вода в теплообменнике

Закипает вода в теплообменнике

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.

Схема подключения циркуляционного насоса

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.

Как вам статья?