Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива


Теплообменники, змеевики – для большинства из нас эти термины непонятны. Другое дело радиаторы, сушилки и батареи, ведь мы сталкиваемся с ними каждый день. К слову, это тоже теплообменники, точнее, некоторые из типов.

Теплообменник

В этой статье речь пойдет о том, как самому изготовить теплообменник.

Змеевик для печи

Видео — Как самому сделать теплообменник

Особенности теплообменников

Создание теплообменника едва ли возможно без предварительного изучения особенностей и принципа работы этого устройства. В целом теплообменник – это прибор для обмена тепловой энергией между двумя средами, у которых нет собственного энергоисточника. Печь, к примеру, не теплообменник, в то время как лежанка, пропускающая через себя дымный газ и нагревающая с его помощью воздух в помещении, является таковым.


Схема теплообменника труба в трубе

Другим, более примитивным видом теплообменника можно считать процесс охлаждения бутылки под напором холодной водопроводной воды. В таком случае вода нагревается, а жидкость внутри бутылки охлаждается.

От чего зависит эффективность теплообменника

  1. Прежде всего, на эффективность данного устройства влияет разница в температуре между двумя средами – чем она больше, тем большим количеством энергии они обмениваются.
  2. Другим не менее важным фактором является теплопроводность материала.
  3. Наконец, площадь теплообмена прямо пропорциональна эффективности прибора.

Важно! Любой трубопровод, по которому циркулирует жидкость с температурой, отличающейся от температуры воздуха, считается теплообменником.

Технология изготовления

Простейшим устройством такого типа можно считать медную трубу длиной в несколько метров, свернутую кольцами и установленную в бочку с водой таким образом, чтобы снаружи оставались лишь вход и выход. Такая конструкция (ее называют «змеевиком») способна охлаждать или нагревать жидкость в бочке, в зависимости от того, что именно нужно (в большинстве случаев необходим нагрев).


Схема монтажа теплообменника

«Змеевик» врезается в трубопровод рядом с печью или в накопительный бак. Спиралевидная труба устанавливается на высоте 1,5-2 м и становится дополнительным источником тепла.

Важно! Если печь используется не только для обогрева, но и для горячего водоснабжения, то теплообменник не должен отбирать больше десятой части вырабатываемой ею тепла.

Простейший теплообменник типа «труба в трубе»

Отдельно стоит рассказать о том, какой длины труба будет равняться, к примеру, 2 киловаттам. Основным критерием в данном случае является теплопроводность материала. Допустим, диаметр трубы составляет 2 см, а разница в температуре – 40ᵒС. Если произвести несложные расчеты, то выходит, что:

  • металлопластиковых труб с их коэффициентом теплопроводности в 0,3 потребуется более 4 км;
  • стальных труб с показателем в 50 – 25 м;
  • медных труб с теплопроводностью свыше 380 – всего 3 м.

После подобных арифметических задач вполне очевидно, что наиболее подходящим материалом является медь. Более того, этот металл с легкостью гнется и подсоединяется резьбовым фитингом.

Обратите внимание!

Теплообменник с емкостью

Теплообменник с емкостью

Самый подходящий для котла или печи вариант. Для его изготовления потребуется металлический бак литров на двадцать и две медных трубки.

Шаг первый. Если подходящего бака нет, то берется листовая сталь толщиной 2,5 мм и из нее сваривается резервуар необходимого объема. Сварка должна выполняться с минимальной толщиной швов.

Шаг второй. Резервуар устанавливается на высоте 1 м от пола, но не далее, чем в 3 м от отопительного печи. В нем проделываются два отверстия: одно – справа, возле дна конструкции, второе – слева, в самой высокой точке.

Шаг третий. Нижний отвод подводится к печи с минимальным наклоном вниз в 2ᵒ. Верхний отвод при этом подключается с наклоном в 20ᵒ, но уже в другую сторону.

Шаг четвертый. На выходе нижнего отвода врезается сливной кран накопительного бака. В нижней точке этого же отвода врезается еще один кран – для слива всей системы.

Шаг пятый. По окончании монтажа теплообменник проверяется на герметичность. В целях проверки он заполняется водой под незначительным напором – это позволит обнаружить протечки, если таковые имеются.

Трубная доска

Теплообменник с таким замысловатым названием также может быть изготовлен своими руками, хотя для этого понадобится опытный сварщик или же навыки работы со сварочным аппаратом.

Для изготовления потребуются:


  • герметичные металлические резервуары, 2 шт.;
  • медные трубки небольшого диаметра, 15-20 шт.

Резервуары располагаются по краям и соединяются между собой медными трубками, установленными под углом в разных точках емкостей. Вода будет перемещаться из одного резервуара в другой, а между ними, в том месте, где проходят соединительные трубки, и будет происходить обмен теплом.

Важно! Эта схема легла в основу отопления многоэтажных домов.

Водяная рубашка

Не менее популярной разновидностью теплообменников является так называемая водяная рубашка. Она состоит из двух герметичных резервуаров разного диаметра, при этом один из них помещен в другой. Но сразу отметим, что подобная конструкция достаточно сложна в изготовлении, и справиться с ним самостоятельно, не имея специальных навыков, невозможно.

Что еще может быть использовано

Если отыскать трубу из меди по тем или иным причинам не вышло, то можно попытаться найти что-нибудь подходящее в «домашней» свалке металлолома (она должна быть у каждого хозяина). Например, змеевик можно заменить старым полотенцесушителем, также можно использовать чугунные батареи, предварительно проверив их на предмет протечек.


Полотенцесушитель

Готовыми теплообменниками можно считать и радиаторы из автомобильных печек. Их можно применять в качестве нагревательных элементов, предварительно продумав переходники и, если потребуется, соединив несколько радиаторов, чтобы увеличить общую площадь теплообмена.

Отлично подходят и старые газовые колонки для нагрева воды. Более того, в таком случае даже не придется ничего переделывать.

Особенности эксплуатации

Существует ряд требований, которых обязательно нужно придерживаться при эксплуатации данного устройства, чтобы оно прослужило максимально долго, не нанося абсолютно никакого вреда.

  1. Трубы теплообменника (при наличии таковых) нежелательно фиксировать на стенах помещения неподвижными крепежами ввиду высокой температуры и, как следствие, расширения металла.
  2. Если необходимо уплотнить соединение трубопровода с теплообменником, то для этого можно использовать только тот материал, который выдерживает высокую температуру.
  3. Не стоит заливать воду в уже разогревшуюся кирпичную печь с теплообменником.
  4. Если производительность печи низкая, то устанавливать на нее габаритный теплообменник нежелательно, т. к. он будет отбирать у нее слишком много энергии.

Теплообменник и печь-камин

Такой вариант подойдет для тех, кто планирует обогреть несколько комнат, но при этом любит живой огонь.

Теплообменник и печь-камин

Конструкция

Основным элементом такой системы является печь-камин, от которого во все стороны идут многочисленные трубы, заполненные теплоносителем (зачастую им выступает вода).

Важно! В зимнее время рекомендуется добавлять в воду немного антифриза!

Жидкость может циркулировать как естественным путем, так и принудительно – при помощи специальных насосов. Иными словами, печь нагревает теплоноситель, а насосы разносят его по всей отапливаемой площади.

Печь с теплообменником

Установка теплообменника позволяет существенно повысить эффективность теплогенератора, а вместо одной комнаты, как в предыдущих вариантах, можно отапливать сразу две без каких-либо особых на то затрат.

Основные виды

Современный рынок предлагает массу разнообразных печей-каминов, и все они могут оборудоваться теплообменником при необходимости в обогреве большой площади. При этом кто-то обращает внимание на тип используемого топлива, кто-то на мощность. Ниже рассмотрены самые популярные варианты.

Устройство на пеллетах, как можно судить из названия, отличается тем, что вместо дерева его заправляют пеллетами – экологически чистым топливом, которое производится путем прессования отходов деревообрабатывающей промышленности и поставляется в виде гранул.


Пеллеты

Главной причиной популярности такого вида топлива является его низкая стоимость. Более того, при горении оно практически не выделяет сажи, поэтому принято считать, что за ним – будущее.

Не меньшей популярностью пользуются варочные печи, и причина тому – полифункциональность. С их помощью можно не только обогревать помещение, но и готовить пищу. Оригинально, практично и, наверное, даже романтично (имеется в виду приготовление пищи над камином).

Выводы

Теперь, после прочтения статьи, вы должны понимать, что представляет собой теплообменник для печи и каково его предназначение, а также как изготовить простейшие его варианты самостоятельно. Сделать это не так сложно, как кажется на первый взгляд, нужно только определиться с типом теплообменника и подобрать оптимальный вариант отопительной системы.

Достоинства теплообменника для зимней палатки


Теплообменники для палатки.jpg Сохранить в палатке свежий воздух при горении газа в вашем обогревателе поможет теплообменник, представляющий из себя металлическую коробку с отверстиями, к которой прикрепляется выводная труба – дымоход. Сама коробка же устанавливается непосредственно на газовый обогреватель.

Кроме освобождения помещения от угарного газа, теплообменник имеет ряд неоспоримых достоинств.

Во-первых, он равномерно и быстро распределяет тепло по палатке за счет вмонтированных в корпус коробки вентиляторов (кулеров), которые прогоняют через корпус теплообменника воздушный поток.

Во-вторых, за счет описанного режима работы кулеров, достигается экономия используемого топлива.

В-третьих, продуваемая коробка и труба теплообменника не накаляется до предельных температур, и не сожжет одежду, при случайном контакте с корпусом, а также не повредит материал, из которого изготовлена палатка.

Принцип работы

Как уже говорилось ранее, одним из элементов описываемого прибора являются воздушные вентиляторы (кулеры). Поэтому аккумулятор Вам понадобится в любом случае. Иначе теплообменник будет сильно накаляться. Хотя и в этом случае он может работать как обычная печка, но правилам пожарной безопасности соответствовать уже не сможет.

Работает теплообменник следующим образом.


Через ряд отверстий на задней стенке воздух заходит внутрь его корпуса. На передней стороне расположены вентиляторы, нагнетающие воздух, и прогоняющие его через корпус теплообменника. Воздух при этом нагревается и становится сухим, что исключает эффект парной бани. Далее, наружная труба выводит угарный газ из палатки.

Вот и весь простой механизм циркуляции. Скорость работы вентиляторов может регулироваться, за счет чего и достигается нужная температура.

Как выбрать «отопление» для палатки

Для комфортного самочувствия в палатке зимой лучше выбрать газовый обогреватель. Во-первых, он же самый распространенный. Во-вторых, более безопасный. В-третьих, по соотношению качество-цена, наиболее оптимальный.

К обогревателю предлагаем приобрести теплообменник из алюминиевого сплава, который перед стальным имеет преимущество в КПД теплопроводности и весит гораздо меньше. Кроме того, алюминиевая коробка гораздо долговечнее стальной, которая под воздействием высоких температур и неблагоприятных внешних воздействий довольно быстро выходит из строя. Единственный минус теплообменника из алюминия – его цена. Но за надежность и комфорт нужно платить.

Отдельно приобретается вытяжная труба. Она может быть как гофрированной, так и совершенно гладкой. При работе теплообменника труба накаляться не будет.

Мощность обогревателя и аккумулятора подбирается в зависимости от объема палатки и времени нахождения на льду.


Правила пользования

Есть очень важный момент при использовании «отопительной» конструкции с теплообменником. Это обязательное соблюдение последовательности выполняемых действий. А именно: вначале зажигается спичка, потом включается вентиль обогревателя. Если вначале подать газ, он может быстро скопиться внутри коробки, что приведет к взрыву.

Кроме того, в случае разрядки аккумулятора, можно снять с корпуса теплообменника вентиляторы и использовать его в качестве обычной печки. Но при этом необходимо соблюдать осторожность при контакте с раскаленной поверхностью корпуса и вытяжной трубы.

Очень часто на зимней рыбалке избыток одежды мешает свободному движению тела. Особенно обидно, когда из-за недостаточной проворности рыболова, с крючка сходит трофейная рыба. Использование теплообменника позволит в самый лютый мороз добиться в палатке комфортной комнатной температуры. И верхнюю одежду, сковывающую Вас, можно будет просто снять.

Виды теплообменников

Самым известным видом теплообменника является змеевик. Но эта форма не является догмой и подходит далеко не для всех печей. Поэтому в каждом отдельном случае конструкция и форма теплообменного узла может решаться по-разному.

Для принятия правильного решения необходимо учесть три основных фактора:Виды теплообменников

  • Теплообменник не должен мешать загрузке топлива в печь и не должен препятствовать его горению.
  • Среди геометрических размеров агрегата важными являются два: габариты теплообменника должны соответствовать размерам печи; нельзя превышать максимальный перепад между входом в теплообменник холодной воды и выходом горячей воды, иначе он будет работать неэффективно.
  • Максимальная площадь поверхности теплообменника.

По месту расположения все теплообменные устройства можно разделить на два типа:

  1. Внешний теплообменник – располагается возле дымохода и чаще всего представляет собой герметичную емкость, «опоясывающую» дымоход. Нагрев жидкости происходит за счет тепла удаляемых продуктов сгорания.
  2. Внутренний теплообменник – емкость, расположенная прямо в топочной камере печи или находящаяся в непосредственной близости от нее.

Что нужно предусмотреть и учесть

При размещении теплообменника в печи нужно учитывать следующее:

  • Теплообменник лучше устанавливать вовремя кладки новой печи. Если это делают при переделке старой печи, то объем топливника уменьшается, что ведет к быстрому и неполному прогоранию топлива, что снижает КПД печи. В случае с новой печью размер топливника легко подгоняется под размер теплообменника и проблем не возникает.
  • Теплообменное устройство нужно монтировать после устройства фундамента печи и только после этого производить обкладку печи кирпичом.Что нужно знать и учесть
  • Необходимо оставлять зазор между стенками топливника и теплообменником. Если последний сдан из труб, то размер зазора должен составлять не менее 10-15 мм, если материалом теплообменника является листовая сталь, то достаточно и 5 мм. Зазор необходим для компенсации температурных расширений металла.
  • Для изготовления теплообменника лучше использовать качественный металл толщиной не менее 2,5 — 5 мм. Использование более тонкого материала чревато прогоранием теплообменника и необходимостью разбирать печь для его ремонта.
  • В качестве теплоносителя можно использовать не только воду, но и антифриз.
  • После изготовления теплообменника необходимо испытать его на прочность под давлением. Это позволит убедиться в надежности сварных швов.
  • Для изготовления теплообменника лучше использовать жаропрочную нержавейку, хотя она и дороже обычной стали в несколько раз. В конечном итоге эти затраты будут оправданы безопасностью и долговечностью работы печи и системы отопления.

Принцип работы

Теплообменник для кирпичной печи относится к приборам непрямого нагрева воды. Принцип его работы — жидкость циркулирует в замкнутом пространстве устройства, в результате естественной конвенции. Под воздействием тепла, вода нагревается.

Более горячие слои поднимаются наверх, их место занимают холодные слои. Перемешивание воды под воздействием тепла называется циркуляцией. Нагревшаяся вода или любой другой жидкий теплоноситель, поднявшись, отдаёт тепло воде. Сама печь не является теплообменником, поскольку создает тепло.Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

Функции

  • Чаще всего используются теплообменники для получения второго нагревающего контура. Без него топливо сгорая, нагревает стенки топки. Взаимодействуя с воздухом, нагретые кирпичи отдают тепло. Но оно по газоходу улетает.
  • С помощью теплообменника в кирпичной печи, горячий воздух отдает излишки тепла циркулирующей жидкости. Позволяет повысить экономичность, получая на выходе двойной коэффициент на одну топливную единицу.
  • Используется теплообменники в печах для бани, гаража, дома. В каждом перечисленном варианте у теплообменника своя функция — нагрев воды для душа, нагрев теплоносителя для отопления и тому подобное. Различные конструкции повышают области применения.

Виды

Виды теплообменников разделяются по конструкции, месту расположения и по материалу изготовления. Для каждого конкретного случая можно подобрать совокупность этих видов.

Совмещая конструкцию и материал, правильно разместив — можно неплохо поднять КПД кирпичной печи. Стоит рассмотреть — как сделать теплообменник для печи без лишних затрат. Разбирая виды существующих конструкций можно подобрать самый оптимальный теплообменник для той или иной планировки.

  • Змеевик. Создается из трубы, свёрнутую в виде спирали, длинной несколько метров. Такой водяной теплообменник для печи, устанавливается в ёмкость с жидким теплоносителем. Концы трубы развальцовывают в стенки, позволяя теплоносителю циркулировать внутри, попутно нагревая воду в баке. При правильно рассчитанной длине змеевика, материала его изготовления, количества колец можно ускорить нагрев воды. Так же часть змеевика, остающаяся на воздухе, увеличивает скорость прогрева помещения.Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива
  • Теплообменник с емкостью. Бак и труба теплообменника для печи, проведена непосредственно вблизи топочного отделения. Нужно строго соблюсти градус наклонов подводимых труб, для достижения естественной циркуляции. В некоторых случаях приходится ставить электрический насос для этих целей. В этом решении есть свои плюсы — вода нагревается непосредственно пропускаясь через трубу, огибающую топку. Такое решение повышает скорость нагрева. Обычно используется для отопительного контура.Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива
  • Трубная доска. Состоит из двух полностью герметичных ёмкостей и большого количества мелких труб. Основные трубы-ёмкости, расположены на разных частях, около топочного пространства и связаны трубами. В местах соединения происходит теплообмен. Такая конструкция используется в отоплении большого пространства, вплоть до многоэтажек. Эксплуатация такого теплообменника усложнена, поскольку приходится соблюдать меры предосторожности. Здесь важен химический состав воды, из-за образования накипи возможны прорывы стенок.
  • Водяная рубашка. Этот теплообменник сложнее всего создать своими руками. Его конструкция — два герметичных резервуара, расположены один в другом. Эффективна и проста в эксплуатации — теплообменник для печи из трубы. Позволяет быстро проистекать теплообмену, но сложна в изготовлении — требует профессиональных навыков.Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

Как правильно выбрать?

При выборе основополагающую роль играет цена на теплообменник для печи. От выбора материала зависит конструктивное решение. Второй по важности аспект — возможность изготовления.

И окончательно завершает выбор, место, где печь будет стоять. Учитывать надо что именно требуется достичь. Нужна отопительно-варочная печь или обогрев гаража, будет ли это каменка для бани или печка для отопления деревенского дома. Для каждого варианта есть свои особенности и тонкости.

Главное: точно рассчитать какую площадь надо отапливать, нужна ли попутно горячая вода, сколько единиц топлива возможно тратить в отопительный сезон и многое другое. Итог всех прикидок должен быть один — ориентируясь на финансы, доступные материалы, нужды, подобрать максимально подходящую конструкцию.

Что лучше в разных вариантах:

  • Для бани — нуждается в комплексном варианте. Первоочередная задача — нагрев воды и двух помещений. Предбанник и парилка, плюс возможно душ. Здесь лучше использовать змеевик для печного отопления и нагрева воды. Так же дополнительный нагрев парилки улучшает качество пара в русской бане. Читайте также: Теплообменник для банной печи своими руками.
  • Для дома — учитывайте нужные функции. От этого зависит выбор конструкции. Чаще всего в деревенских домах стараются строить универсальные отопительно-варочные печи. Теплообменники сюда возможно установить широко используемые, которые просты в изготовлении и решают не менее трёх задач — отопление, приготовление еды, подогрев воды. Распространенный вариант использования теплообменник в кирпичную печь для отопления, с ёмкостью.
  • Для гаража — тут выбор проще, ведь здесь нагрев воды не обязателен и важно только отопление. Такие условия упрощают выбор. Отлично подойдут самодельные горизонтальные теплообменники для печи отопления, сооружённые из подручных материалов — старые чугунные батареи, автомобильные радиаторы и тому подобное.

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. Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

Подготовив материалы приступаем:

  • Изгибая трубу, наматываем её на заготовленную болванку для получения спирали;Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива
  • Соблюдаем размеры, в которые надо змеевик поместить;Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

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:Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

Примеры чертежей, по которым проводить работы:

  1. Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива
  2. Теплообменники для печей — как увеличить КПД при сгорании топлива

Использованные источники

  1. svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/pechi_i_mangaly/teploobmennik-dlya-pechi-svoimi-rukami.html
  2. 1marshrut.ru/catalog/teploobmenniki/
  3. diskmag.ru/otoplenie/teploobmenniki-dlya-pechej.html
  4. pechnoy.guru/pechi/izgotovlenie-pechi/komplekt-dlp/teploobmennik-dlya-pechi-na-drovah-svoimi-rukami.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.