Теплообменники – особенности изготовления
Принцип работы воздушного теплообменника
Теплообменник открытого сифонного типа
Водяной теплообменник замкнутого типа
Варианты подключения конструкций
Преимущества и недостатки бойлера косвенного нагрева
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!
Бак с подключением водяного контура
Теплообменник в виде бака, расположенного вокруг дымохода, делают из нержавейки или оцинкованной жести. При этом следует учесть конструкцию печи. Если в ней предусмотрен режим дожигания дымовых газов, и температура дыма на выходе из печи не превышает 200 градусов, можно использовать любой материал для изготовления теплообменника.
В простых печах без дымооборота значение температуры дыма на выходе может достигать 500 градусов Цельсия. В этом случае необходимо использовать нержавейку, так как цинковое покрытие при сильном нагреве выделяет вредные вещества.
Чаще всего теплообменники такого типа устанавливают на банную печь и используют в качестве нагревателя воды для ГВС. Бачок оснащают штуцерами в верхней и нижней его части, к ним подключают трубы, выведенные в систему. Бак для горячей воды при этом устанавливают в душевой или парилке. Возможно использовать такую систему и для отопления подсобного помещения или гаража.
Изготовление бака: пошаговая инструкция и видео
Теплообменники для промышленных печей продаются в комплекте с некоторыми модификациями, при установке новой печки можно подобрать подходящую модель с уже готовым водяным контуром. Также можно сделать теплообменник на дымоход своими руками. Для его изготовления необходимы следующие материалы:
- отрезки трубы из нержавеющей стали разного диаметра с толщиной стенок 1,5-2 мм, листовая сталь;
- 2 штуцера на 1 дюйм или ¾ дюйма для подключения к системе;
- бак-накопитель из нержавейки или оцинкованной стали объемом от 50 до 100 литров;
- медные или стальные трубы или гибкая подводка для ГВС;
- шаровый вентиль для слива теплоносителя.
Последовательность изготовления для банной печи или буржуйки:
- Работы начинают с подготовки чертежа. Размеры бака, устанавливаемого на дымоход, зависят от диаметра трубы и типа печи. Печи простой конструкции с прямым дымоходом отличаются высокой температурой дымовых газов на выходе, поэтому размеры теплообменника могут быть достаточно большими: до 0,5 м высотой.
- Диаметр внутренних стенок бака должен обеспечивать плотную посадку теплообменника на дымовой патрубок. Диаметр внешних стенок бака может превышать диаметр внутренних в 1,5-2,5 раза. Такие размеры обеспечат быстрый прогрев и хорошую циркуляцию теплоносителя. Печи с низкой температурой дымовых газов лучше комплектовать баком, имеющим небольшие размеры, чтобы ускорит его прогрев и избежать образования конденсата и ухудшения тяги.
- С помощью сварочного инвертора соединяют детали заготовки, следя за герметичностью швов. В нижней и верхней части бака приваривают штуцера для подачи и отбора воды.
- Бак устанавливают на дымовой штуцер печи внатяг, промазывая соединительный шов жаропрочным силикатным герметиком. Сверху на бак-теплообменник аналогичным образом ставят переходник с неутепленной трубы на утепленную и выводят дымоход из помещения через потолок или стену.
- Подключают теплообменник к системе и баку-накопителю. При этом выдерживают необходимый градус наклона: труба подачи холодной воды, подсоединяемая к нижнему штуцеру, должна иметь угол не менее 1-2 градусов относительно горизонтальной плоскости, трубу подачи нагретой воду подсоединяют к верхнему штуцеру и с уклоном не менее 30 градусов выводят к накопительной емкости. Накопитель должен располагаться выше уровня теплообменника.
- В нижней точке системы устанавливают сливной кран. В бане его можно совместить с краном забора теплой воды для парилки.
- Перед началом эксплуатации систему необходимо заполнить водой, в противном случае металл перегреется, и его поведет, что может привести к нарушению герметичности сварных швов и утечкам.
- Подачу воды в бак-накопитель можно сделать как ручную, так и автоматическую с помощью поплавкового крана. При ручном заполнении рекомендуется вывести на его внешнюю стенку прозрачную трубку для контроля уровня воды в баке, чтобы не запустить систему на сухую.
Для хорошей циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы с диаметром не менее ¾ дюйма, а их общая протяженность до накопительного бака не должна превышать 3 метра!
Теплообменник-водонагреватель, сделанный своими руками, показан на видео.
Жидкостные устройства
Печь для бани с теплообменником для воды
С помощью такой банной печи можно не только нагреть воду для душа, но и обогреть ближайшие помещения. Если установить бак, вода в котором будет нагреваться с помощью теплообменника, то в бане появится и душ.
Если же в предбаннике установить отопительные радиаторы, подсоединенные к теплообменнику, то получится водяная система отопления.
Чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать, какие особенности имеют печи для бани с включенными в их конструкцию теплообменниками
Также важно правильно подобрать конструкцию печи с теплообменником и ее необходимую мощность
Существуют два вида печей с теплообменниками, используемых в банях:
- встроенная емкость, снабженная двумя патрубками. С помощью патрубков емкость соединяется с резервуаром, наполненным водой;
- внешняя емкость, размещенная на дымоходе печи. Обычно эта емкость и является резервуаром, в котором греется вода для мытья.
Тем, кто изготавливает печь для бани самостоятельно, следует знать, что мощность теплообменника зависит от площади его поверхности с 1 кв. метра площади выход мощности составит около 9 кВт.
Теплообменник встроенного типа
В нижней и верхней части теплообменника должны быть вварены штуцеры, через которые устройство нагрева воды подключается к выносному баку.
При работе печи теплая вода из теплообменника поднимается вверх в выносной бак. Одновременно по нижней трубе в бачок теплообменника из выносного бака поступает холодная вода. Согласно законам физики, постепенно весь объем воды, находящейся в выносном баке, нагревается.
Такой вариант удобен тем, что имеется возможность установить выносной бак в соседнем помещении, но при условии, что общая длина соединительных труб будет не более 3 метров. Их диаметр должен быть не менее 3/4 дюйма.
Для лучшей циркуляции воды трубы, ведущие к выносному баку, должны иметь небольшой уклон (до 5 градусов). Для улучшения циркуляции воды в систему можно добавить электрический насос.
Важно: для уплотнения резьбовых соединений в печи для бани с теплообменником требуется материал, способный выдерживать воздействие высокой температуры.
Основным недостатком встроенного теплообменника является уменьшение количества тепла, используемого на обогрев помещения. По этой причине мощность теплообменника должна быть не более 10 процентов от общей мощности печи, установленной в бане.
Необходимо также выбирать оптимальный размер бака. Если его объем будет слишком маленький, то вода в нем будет быстро закипать, а емкость большого размера будет долго нагреваться.
Внешний теплообменник
Внешний теплообменник значительно сокращает теплопотери печи, что экономит расход топлива. Конструкция теплообменника монтируется на трубе дымохода, тем самым напоминая устройство самовара.
Изготавливают внешние теплообменники любой формы, но в каждом из них вставлен металлический патрубок, проходящий сквозь крышку и днище устройства. Этот патрубок, имеющий диаметр чуть более трубы дымохода, выходящего из печи, надевается на него, выходящие из топки горячие газы проходя сквозь дымоход и как следствие сквозь патрубок теплообменника, отдают свое тепло воде, находящейся внутри теплообменника.
Достоинством такой конструкции является возможность установки теплообменника большого размера, но при этом не отбирающего мощность у печи. Вода в нем сохраняет тепло, даже когда печь уже не топится.
Среди недостатков отмечают трудность контроля оставшегося в теплообменнике количества воды. Однако с этим недостатком научились успешно бороться. Для этой цели к теплообменнику подсоединяют выносной бак, куда монтируют водомерное стекло.
Важно: местам стыковки теплообменника с дымоходом необходимо обеспечить герметичность. Для этого используют термостойкий герметик или раствор из глины, извести и песка. Цементный раствор использовать нельзя, так как он не выдерживает воздействия температуры
Цементный раствор использовать нельзя, так как он не выдерживает воздействия температуры.
Подготовка печи
Установка металлической печи в бане: выбираем место
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.
Печь для бани с теплообменником: принцип работы и установка
Установка внутреннего дымохода
Внутренний дымоход схож с наружным аналогом. Все соединения выполняются посредством хомутов и герметика. Среди отличий монтажа:
Лист изоляции укладывается на свое место сразу, на него ставится печь. К патрубку подсоединяют трубу с одной стенкой или экономайзер
К прямому элементу подключают шибер, водонагревательный бак, дымовую заслонку, сетку-каменку.
Детали монтируются гофрированной частью вниз, чтобы внутренний элемент перекрывал стенку нижнего отсека
Это позволит обезопасить утеплитель от попадания капель конденсата.
Важной стадией установки дымохода является правильное обустройство ходов сквозь перекрытия и крышу.
Основные этапы работ
Последовательность монтажа внутреннего дымохода:
- Размечается схема будущей печной трубы на потолке.
- Обустраивается проход согласно стандартам и требованиям СНиП.
- Делается квадратное отверстие.
- На прямую часть надевается специальный разделительный короб.
- Между вертикальными стенами и выпиленным гнездом оставляют около 20 миллиметров свободного пространства.
- Дымоход наращивается дополнительным вертикальным сегментом.
- Короб прикладывают к потолочной обшивке и фиксируют.
- На чердаке вокруг разделительной детали устилают базальтовый картон, а во внутренней части — керамзит или минвату.
Вывод дымохода через чердак на крышуИсточник uteplovdome.ru
Установка и подключение теплообменника и бака в бане
Самостоятельное изготовление и монтаж
Преимущества дровяной печи в бане и сауне
1 Описание отопителей
Подготовка потолка и установка дымохода
Принцип работы и конструкция
Правила установки теплообменника на банную печь
Разновидности
Главная функция теплообменной конструкции — перенос тепла от дымохода к прогреваемому помещению
Важное условие — температура на его поверхности не должна снижаться, иначе будет образовываться вредоносный конденсат, который влечет за собой скопление нагара на внутренних поверхностях трубы
Большую сложность при изготовлении теплообменной системы составляет необходимость сохранения температурного баланса. В особенности с такой проблемой сталкиваются владельцы парилок, стремящиеся сделать все своими руками.
Классификация зависимо от конструктивных особенностей:
- Работающие на водяном носителе. Перенос тепла осуществляется при помощи естественной циркуляции воды по замкнутой системе.
- Теплоноситель — воздух. Прогретые воздушные массы под давлением вынуждены двигаться в определенном направлении.
На выбор конструкции влияют особенности банного помещения, печного устройства
В банях, саунах, лучше устанавливать два разных теплообменных устройства. На выходе из печной топки всегда держится самая высокая температура, поэтому в этом месте следует использовать водяной агрегат для сохранности тепла. Чуть выше можно установить воздушный конвектор. При таком комбинированном монтаже КПД системы увеличивается на 20–30 %.
Воздушный
Конструктивно устройство представляет собой цилиндр с полой внутренностью. Подключается он непосредственно к системе, обеспечивающей отопление. Для соединения используются специальные патрубки. Внутри цилиндра монтируется тормозное устройство, предназначенное для замедления движения газов, образовавшихся при сгорании топлива. Чаще в качестве «тормозов» используются заслонки, в которых проделывают небольшие отверстия для свободного движения воздушных потоков. Среди покупных моделей рекуператоров часто встречаются экземпляры с ручной регулировкой уровня тяги.
В основе работы воздушного теплообменника лежит принцип конвенции. В нижней части делается специальное отверстие. Проходя через него, низкотемпературные воздушные массы попадают в корпусную часть. Под воздействие высоких температур дымоходной трубы они быстро нагреваются, затем возвращаются в протопленное помещение. Уже через несколько минут в помещении ощущается заметное потепление. Преимущество воздушной конструкции — повышение производительности банной печи.
Самой простым вариантом воздушного обменника тепловой энергии является гофрированная труба. Ею оборачивают дымоотводную наружную поверхность. Воздушные масса гофры достигает высоких температур очень быстро. Изделие достаточно просто направлять в нужное помещение. Чтобы увеличить теплоотдачу, гофрированную трубу оборачивают в пищевую фольгу.
Водяной
Наиболее популярный тип водяного теплообменника — змеевик, внутри которого находится вода. Принцип работы основан на его постоянном контакте с дымоходной поверхностью. Трубки небольшой толщины, длиной не более 3–4 м вставляются в корпусную часть теплообменника, стыки изолируются ватой на основе базальта. Чаще змеевик изготавливают из меди, что обеспечивает высокий уровень теплопроводности. Трубка подключается к системе отопления, затем устанавливается на дымоход. Вверху помещается бачок для накопления жидкости, расширившейся под воздействием высоких температур.
Принцип работы водяного теплообменного агрегата:
- Высокие температуры, образовавшиеся внутри дымоходного канала, нагревают трубопроводную жидкость.
- Вода начинает двигаться по змеевику, попадая в отопительный радиатор.
- Происходит вытеснение низкотемпературной жидкости.
- Процесс повторяется заново, как только холодная субстанция вновь окажется в рекуператоре.
Главным достоинством такой конструкции является высокая продуктивность. Недостатки:
- Сложный монтаж. При установке нужно постоянно контролировать давление в отопительной системе.
- Сезонное использование. Зимой применять жидкостные конструкции нежелательно, поскольку теплоноситель может замерзнуть.
- Уменьшение тяги при низких температурах дымохода. Для получения нужного количества тепловой энергии потребуется повышение расхода топлива.
Какие бывают теплообменники для банных печей
Существуют общие классификации, которые применяются для разделения нескольких вариантов изделия по способу действия. В то же время, каждый отдельный тип имеет собственные подвиды. Каждый человек, захотевший соорудить баню, может использовать один из нескольких видов теплообменников или эксплуатировать собственный. Новый вид оборудования появляется если владелец вносит малейшие изменения.
По основным конструктивным характеристикам теплообменники разделяются на такие виды:
По расположению бака для воды
Емкости с жидкостью могут располагаться в разных помещениях (душевая, парная, чердак). Отдельные места установки имеют собственные достоинства и недостатки.
Рассмотрим первый случай – бак монтируется в парной. Таким образом можно достичь максимальной скорости нагрева воды за счет небольшой длины трубопровода. Недостатком подобного варианта является уменьшение пространства помещения, которое может иметь небольшие размеры.
Бак в душевой (самоварного типа) решает вопрос со свободным пространством. Небольшим недостатком выступает увеличенная протяженность труб, что влияет на скорость нагрева воды.
Оба варианта отличаются совместной проблемой, связанной со слабым напором воды. Парная комната имеет высоту не более 2 метров. Если прикрепить емкость на максимальную высоту, то расстояние от пола до выходного патрубка составит около 1,5 м. Это значить, что смонтировать привычный стационарный душ не является возможным. Единственный вариант применять гибкий шланг. Чтобы иметь нормальный напор воды, разница высоты не должна быть меньше 10 см.
Компенсация этого недостатка решается просто – вынос бака для воды на чердак (третий способ).
Такой вариант имеет собственные недостатки, связанные с большой протяженностью труб, что приводит к потере тепла. Бак обязательно должен утепляться. Помимо этого, проблема возникает с возобновлением объема воды. Не каждый захочет периодически носить ведра по лестнице, чтобы выносная емкость имела достаточный уровень воды, а проложить к нему водопровод не всегда возможно.
Из этой информации следует, что универсального расположения бака не существует. Каждый человек должен самостоятельно подбирать вариант, исходя из конструктивных особенностей постройки, климатической зоны и наличия инженерных коммуникаций.
По месту расположения теплообменника
По этому показателю устройства разделяются на две категории – монтируемые внутри печи или возле дымохода (отвод дыма должен осуществляться по металлической трубе). Эти варианты имеют свои особенности, но могут прекрасно существовать.
Внутренняя емкость позволяет осуществлять быстрый нагрев, благодаря близкому расположению к очагу тепла. Здесь имеются риски, связанные с закипанием воды. Кроме этого, произвести ремонт или замену теплообменника невозможно без разбора банной печи, что не очень удобно.
В процессе нагревания воды на стенках образуется накипь, которая снижает теплоотдачу. Каждый миллиметр отложения уменьшает возможность отдачи тепла на 10%, эффективность отдачи тепла со временем уменьшается. В зависимости от региона проживания, характеристики жидкости изменяются, что приводит к частым ремонтным работам оборудования.
Большой слой накипи может образовываться уже через 1 год активного пользования баней. Теплообменник можно очищать при помощи соляной кислоты, но такой подход требует строго соблюдения правил техники безопасности.
Теплообменник на трубу дымохода в баню не обладает недостатками, связанными с постоянным закипанием воды. Здесь температура нагрева не превышает 100 градусов. Этот параметр стал одновременно и недостатком, поскольку период нагрева увеличился в несколько раз. Теплообменник для бани на трубе позволяет его располагать непосредственно в помещении, при этом не используется полезное пространство.
Редко можно увидеть банный теплообменник, расположенный под камнями печи. Такой вариант нецелесообразно применять, ведь булыжники не набирают оптимальной температуры для образования пара. Ведь качественный, мелкодисперсный пар – то, ради чего строится баня.
