Любой частный дом, дача, банька и иногда даже гараж требуют отопления в зимнее время года. Но перед любым рачительным хозяином встает вопрос, как уменьшить расходы на топливо и эффективнее использовать отопительный прибор. Одно из современных перспективных направлений увеличения КПД – использование тепла горячих отходящих газов.
Я приветствую своего дорогого читателя и предлагаю вашему вниманию статью о том, что такое теплообменник на трубу дымохода и как его изготовить своими руками.
Что это такое и для чего он нужен
Теплообменник – устройство от передачи тепла от нагретой среды к более холодной. Принцип один, конструкций +множество. Теплообменник для дымопровода позволяет отобрать часть энергии отходящих газов и применить ее для обогрева соседнего помещения или нагрева горячей воды.
Газы, отходящие от современных газовых и пеллетных котлов, негорячие – порядка 200 °С, поэтому получить много тепла от дымохода не получится. От твердотопливных котлов отходят более горячие газы – до 600 °С, и рекуператор позволяет получить довольно значительное количество теплоты для обогрева или нагрева воды.
Максимальное количество тепла от отходящих газов можно получить при эксплуатации не слишком современных традиционных печей, каминов, самодельных буржуек. КПД у этих отопительных приборов небольшой, температура дымовых газов высокая, поэтому немалую часть уходящего тепла можно уловить при помощи теплосъемника. Применение теплосъемников на дымопровод самодельной буржуйки позволяет улавливать до 30-40% энергии дополнительно.
Основная причина установки теплообменника в том, что он позволяет максимально использовать энергию сжигания топлива и экономить расходы на отопление. Кроме того, иногда при отоплении небольших домов экономически нецелесообразно приобретать отопительный прибор с теплообменником и устанавливать систему отопления.
Современный камин или печь хорошо обогревают дома площадью до 70 м² и даже больше, в отоплении нуждаются только некоторые помещения – ванные или дальние спальни, помещения второго этажа или мансарды, вот для их отопления и можно приспособить тепло от рекуператора для дымохода. Иногда теплообменник для дымохода применяют для подогрева воды.
Правила установки теплообменника на банную печь
Необходимо руководствоваться следующими правилами:
Теплообменник обязан потреблять не более 10% от общей энергии, производимой печью, тогда последняя будет функционировать с хорошим КПД. Трубы нужно прокладывать так, чтобы вода шла самотеком, то есть под 250-градусным уклоном на прямой подаче и 30-градусным – на обратной. Важно заложить запас мощности на остывание после прогорания топлива. Требуется обеспечить достаточный объем воды для каждой отдельной модели, ведь если ее будет слишком мало, она быстро закипит, что чревато образованием отложений на стенках и возникновением пожароопасной ситуации, а если чересчур много, придется долго ждать, прежде чем принять душ.
Как подключить теплообменник, если бак находится в парной:
- Вход в бак горячей воды должен быть как min на 5 см выше, чем верхний штуцер регистра. Это нужно для лучшей циркуляции.
- Верхний регистр от 1,4-1,5 м от пола, это при том, что подиум под печь составляет 15 см. Низ бака в парной должен быть не ниже 1,5 м, а лучше выше.
- Если бак высотой 0,5 м, то тогда мы имеем в сумме установку 2,0 м. Значит до потолка еще полметра. И тут возникает вопрос: как заливать жидкость. Если есть водопровод, то вода будет поступать без проблем.
Второй вариант подключения: бак ставим ниже, а штуцер для подводящего контура ставим сбоку. Но есть нюанс, если уровень воды будет ниже верхнего штуцера, циркулирования не будет. В теплообменнике она будет стоять и периодически доходить до кипения, а в баке она так и будет прохладной.
Если требуется разместить бак в помывочной, следует соблюдать те же принципы, что и при его расположении в парной.
Виды и конструкции
Теплообменники в первую очередь подразделяются по теплоносителю на воздушные и жидкостные (водяные). В принципе, допускается заливать масло и антифриз, но не в самодельных конструкциях, так как антифриз ядовит и дорог, а масло может загореться при возникновении неплотностей.
По конструкции водяные устройства обычно выполняют в виде змеевика или регистра (трубы) с водой (водяная рубашка); воздушные представляют собой колпак с отводом теплого воздуха или широкую вставку в дымоход с вваренными поперечными элементами.
При принятии решения о том, как снять остаточное тепло дымовых газов, следует иметь в виду, что отбор тепла в дымоходе уменьшает тягу, а на прогретые стенки дымохода может выпадать конденсат. Особенно этот недостаток заметен в газовых котлах, у которых температура отходящих газов невелика. Но на недорогих самодельных печах на конденсат можно не обращать внимания.
Водяной
Преимущество воды для рекуперации – она обладает высокой теплоемкостью и более эффективно отбирает теплоту дымовых газов. Но водяные рекуператоры требуют более качественного изготовления – система не может протекать; при ее эксплуатации необходимо следить, чтобы не было перегрева, так как закипевшая вода может разорвать трубопровод.
Если водяные конструкции используют в гараже, мастерской, «даче выходного дня», отдельно стоящей бане – воду придется сливать в зимнее время года, поскольку замерзшая жидкость также может разорвать трубопровод.
Через металлические стенки дымохода нагревается контур с водой, при прогревании вода поднимается вверх, затем в батареи, охлаждается, опускается в батарее вниз, уходит в обратку и подсасывается назад в теплообменник.
Для оптимизации работы системы в нее включают расширительный бак – это уменьшает возможность закипания. Некоторые умельцы монтируют насос, получается полноценная небольшая система отопления.
Водяные системы используют для отопления с помощью радиаторов или горячего водоснабжения. Серьезный недостаток – невозможность регулировать температуру нагрева воды, при перегреве ее просто приходится сливать. Заливать в систему холодную воду при работающем отопительном агрегате нельзя – вода может закипеть, порвать трубы и повредить дымоход, при этом на внутренних стенках дымоходной трубы оседает конденсат.
- Самодельный змеевик
Самая простая в изготовлении конструкция. Змеевик обычно изготавливают из трубки, которую обматывают по спирали вокруг стального дымохода. Трубки используют медные, обычные стальные, из нержавейки, алюминия. Алюминиевые не стоит использовать для твердотопливных котлов – его температура плавления 660 °С, а температура отходящих газов твердотопливных отопительных аппаратов достигает 600 °С.
При намотке (гибке) трубу следует заполнить песком и заглушить с обоих сторон – это позволит избежать дефектов (заломов, складочек, перегибов). Для улучшения прогрева змеевика между витками должно быть небольшое расстояние – до 1 диаметра.
Иногда используют гофру, но это не самый долговечный материал для змеевика (особенно из оцинкованной углеродистой стали).
- Регистровый
Регистр – кожух большего диаметра, чем дымоход. Регистр надевается сверху на корпус дымохода и приваривается, торцы завариваются пластинками с вырезанными отверстиями, соответствующими диаметру дымохода. Снизу вваривается или вкручивается патрубок для подвода воды, сверху – для вывода теплой воды. В остальном используется аналогично змеевику. Кожухи изготавливаются не только круглыми, но и квадратными.
Воздушный
Этот вариант больше подойдет для локального отопления помещений – одной комнаты, ванной, предбанника. Воздушные конструкции проще собрать. Иногда используют змеевик или регистр, иногда – теплообменник Кузнецова или колпаковый. В змеевике слишком большое сопротивление стенок трубы, она не должна быть слишком длинной. Из-за этих сложностей его редко используют. Воздушные рекуператоры меньше охлаждают дымоход, поэтому меньше вероятность выпадения конденсата на его стенках.
Иногда не сооружают сложные конструкции, а используют подручные материалы – приваривают к дымопроводу ребра из уголков или согнутых полос, трубы, открытые с обеих сторон, крепят «юбочки» или полосы (алюминиевые или из тонкой стали), согнутые в гофрированную конструкцию.
- Теплообменник Кузнецова
Теплообменник Кузнецова представляет собой расширенный цилиндр, поперек которого ввариваются трубы. Цилиндр монтируют в дымоход, по внутренней части идут горячие дымовые газы и нагревают поперечные элементы. Воздух из полостей выходит в помещение и отапливает его или собирается в воздуховод и поступает в соседнее помещение.
- Колпакового типа
Если в небольшом доме отсутствуют системы отопления и есть необходимость протопить комнату на мансарде или втором этаже, используют колпаковый теплообменник. Вокруг дымохода устраивают цилиндр, открытый снизу, вверху воздух из цилиндра поступают в трубы, идущие на второй этаж. Теплый воздух выпускают в нижней части помещения второго этажа – так горячий воздух лучше распределяется в помещении и максимально протапливает его.
Иногда вместо цилиндра над печью устанавливают колпак под потолком, в него поднимается нагретый печью воздух и по трубам поступает в помещение второго этажа. Можно установить вентилятор, в таком случае теплым воздухом легче отапливать помещение на одном этаже с печью.
Какой вид лучше
Какой вид лучше, определяется тем, что именно и каким способом необходимо отопить. КПД лучше у водяных рекуператоров – 50-60% (для регистрового параметр выше, для змеевика – ниже). У воздушных устройств КПД ниже.
Для ГВС или радиаторной системы отопления лучше устанавливать водяные теплообменники. Воздушные больше подходят для отопления близко расположенных отдельных помещений.
Видео описание
О том, что такое тяга, рассказано подробно в видеоматериале:
Расчет высоты дымохода при самотяги
Естественная нормальная тяга создается, когда происходит равновесие между ее силой и сопротивлением, возникающим при движении дыма как по дымоходу, так и по газоводным котельным каналам. Поэтому самотяга образуется при относительно небольшой высоте дымовой трубы. Ведь только в этом случае будет создаваться незначительное газовое сопротивление.
Важно! Специалисты при определении высоты трубы пользуются СНиП 41-01-2003.
Расчеты мощности
Самостоятельно рассчитать мощность рекуператора при отсутствии исходных данных (мощности печи, температуры и количества исходящих газов в единицу времени, площади соприкосновения теплообменника и металла дымохода, скорости прохождения воздуха или воды через устройство) . Можно измерить мощность уже смонтированного теплообменника.
Ориентировочно стоит рассчитывать на то, что теплообменник на дымопроводе твердотопливной печи или камина прогреет пару небольших радиаторов, повысит температуру в гараже или сделает теплее комнату в мансарде, предбанник в бане.
Используем гофру
Этот вариант теплообменника самый простой и требует минимальное количество материальных затрат. Для этого используйте длинную гофрированную трубу. Ее нужно обернуть вокруг дымохода.
Применение гофрированных труб для изготовления теплообменников
Воздух внутри гофры будет очень быстро нагреваться. Его достаточно просто перенаправить в соседнее помещение. Для увеличения теплоотдачи намотайте на гофру пищевую фольгу.
Для безопасной эксплуатации отопительной системы с применением теплообменников разной конфигурации нужно все время проверять узлы соединения с дымоходом. При выявлении малейших зазоров незамедлительно восстановите герметичность швов.
[ads-pc-2][ads-mob-2]
Купить или сделать самому
Если вы хотите увеличить теплоотдачу от дорогого покупного котла, лучше купить готовые качественные устройства – промышленность выпускает их в достаточном ассортименте. Но если хочется модернизировать буржуйку в бане либо гараже или повысить КПД камина со стальной трубой на даче – можно неплохо сэкономить, изготовив и установив теплообменник на дымоход своими руками. Установка теплообменника силами наемного специалиста обойдется во столько же, сколько стоит сама конструкция.
Самый простой вариант – змеевик – вполне может изготовить домашний любитель даже без большого опыта, а для домашнего мастера, имеющего хотя бы небольшие навыки сварщика, по плечу и более сложные конструкции.
Примерная цена
Стоимость промышленно изготовленных теплообменников для дымохода различается в зависимости от конструкции и производителя.
Ходовые теплообменники-баки для дымохода диаметром 115 мм емкостью 6 л стоят рублей, емкостью 12 л стоят рублей.
Правильный выбор материала
Лучше всего применять теплообменник из нержавеющей стали. Даже под воздействием больших температур физические характеристики металла остаются стабильными. Вот почему сварные швы кажутся достаточно крепкими, а при взаимодействии с кислородом формируют защитную пленку. Она стойко переносит кислотную среду. Говоря о применении цинка, при достижении температурных отметок 200 градусов он испаряется.
При показателе 500 градусов содержание паров в воздухе достигает критичных отметок. В то же время если имеется оцинковка, можно не волноваться. Правда, предельная температура не должна достигать отметки выше 200 градусов. Можно применять оцинкованный материал, так как он способствует усиленному смешению обтекающего устройство воздуха. Такого рода теплообменник неприменим для постоянного обслуживания, но чтобы согреть мансарду или баню — это оптимальный вариант.
Такой элемент можно установить легко и просто. Допускается его монтаж на простой буржуйке, фасад его облицовывают кирпичом, как и печь непосредственно.
Если выполнить укладку материала на ребро, конструкция не будет шаткой.
Как самостоятельно изготовить устройство
Несложный змеевик несложно изготовить самостоятельно из медной трубки. Для дымохода диаметром 100 мм подойдет медная трубка с диаметром ¼ дюйма и длиной 3-4 м. К концам трубы следует припаять фитинги с резьбой. Затем трубку заполняют мелким песком, закручивают их и обматывают дымоход.
Эту работу удобно выполнять с помощником. Затем песок из трубы вымывают водой под давлением. Присоединяют трубы, ведущие к радиаторам и расширительному баку.
Теплообменник Кузнецова выполняют при помощи сварки. Самый простой вариант – изготовить корпус из газового баллона или трубы большого диаметра.
Для изготовления понадобятся следующие материалы:
- Газовый баллон, труба большого диаметра (300 мм) для корпуса.
- Труба диаметром 32 мм (одну заготовку лучше взять большего диаметра – до 57 мм). Длина заготовок – 300-400 мм, общее количество должно быть достаточно для вырезания заготовок.
- Два небольших патрубка одного диаметра с диаметром дымохода; желательно использовать трубу дымохода – если дымоход сборный, то с одной стороны конструкции патрубок будет с раструбом, который необходим для монтажа теплообменника.
- Два фрагмента стального листа, достаточных, чтобы вырезать заглушки торцов корпуса.
Технология изготовления воздушного теплообменника:
- Большая труба или баллон обрезается в нужный размер.
- Нарезаются 9 заготовок такой же длины из тонких труб.
- Вырезаются круги для заглушек.
- В кругах вырезаются 9 отверстий для труб маленького диаметра; если берется одна трубка большего диаметра, то отверстие для нее вырезается в центре.
- Тонкие трубы вставляются в отверстия заглушек, наживляются при помощи сварки, затем привариваются.
В корпусе по бокам вырезаются отверстия с диаметром, равным диаметру дымохода.
Конструкция из тонких трубок и заглушек вставляется в корпус и проваривается по стыку заглушек и корпуса из большой трубы.
В отверстия по бокам корпуса вставляются патрубки и также провариваются.
Альтернативный вариант:
Какие материалы можно использовать
Идеальный вариант – (например, пищевая аустенитная нержавейка 08Х18Н10 или AISI 304) или медь. Изделия промышленного производства иногда изготавливают из титана. Но цена на эти материалы достаточно велика. Зато они долговечны, не ржавеют, надежны и прочны. Если у вас буржуйка в гараже или самодельная каменка из подручных материалов в бане, вполне возможно применить и черный металл (углеродистую сталь).
Можно применить качественную гофрированную трубу из нержавейки. Для змеевика можно применять и алюминиевые трубы (только не для дымоходов твердотопливных печей).
Иногда применяют и оцинкованную сталь, но следует иметь в виду, что при сварочных работах слой цинка испаряется, и все преимущества оцинковки (стойкость к коррозии) сходят на нет. При температуре выше 400 °С цинк начинает испаряться (пары цинка токсичны), поэтому не стоит применять оцинковку для теплообменников на дымоходах твердотопливных котлов.
Коротко о главном
Перед тем как выполнить расчет высоты дымовой трубы, определяют материал, из которого она будет изготовлена. Создают дымоотводящую систему из кирпичей, сэндвич-дымоходов; керамических труб с легкими кожухами. При этом дымовой канал обустраивают при соблюдении конкретных требований:
- максимум 3 поворота;
- диаметр не меньше патрубка котла;
- сталь только легированная и толщиной не менее 1 мм;
- наличие карманов для сажи.
Обычно высота трубы рассчитывается по упрощенной схеме с учетом расстояния от дымоотводящего канала до конька крыши. Дымоход может располагаться выше, ниже или вровень с ним.
Пошаговая инструкция, как установить теплообменник своими руками
Теплообменник Кузнецова устанавливают вместо одной из секций дымохода – для этого часть дымохода придется демонтировать. Если установлен дымоход из одной длинной трубы, придется вырезать часть дымохода и монтировать конструкцию с помощью сварки.
Способы установки
Теплообменник устанавливают на некотором расстоянии от отопительного агрегата – 200-500 мм, можно и больше.
Если дымоход сборный, то необходимо разобрать часть дымохода. Патрубки теплообменника обрезаются таким образом, чтобы длина конструкции теплообменника была равна демонтированной секции дымохода. Теплообменник монтируется в дымоход, уплотняется при помощи термостойкого герметика. Сверху теплообменник окрашивается термостойкой краской.
Монтаж печи с теплообменником – особенности проведения работ
Чтобы монтаж печи с теплообменником для бани прошёл без особых проблем нужно следовать определённой последовательности действий.
- Конструкция должна быть установлена на фундаменте, залитом вглубь до полуметра.
- Отопительная система огораживается кладкой из огнеупорного кирпича на растворе из глины и песка.
- В помещении, где установлена печь, размещают основной теплообменник, а топку выводят в заранее обустроенное в стене бани отверстие.
- Горячая жидкость поступает по трубам, обмотанным теплоизоляционным материалом в ёмкость для воды либо радиаторы отопления.
- Дымоход выводят через обустроенное в крыше отверстие.
- Все места стыков качественно герметизируют.
Предназначение элемента
Теплообменник используется для забора тепловой энергии, идущей через дымоход. Источником является нагретый воздух. Особенности конструкции агрегата зависят от:
- формы и диаметра трубы;
- материала изготовления;
- мощности носителя и прибора, генерирующего тепло.
Выделяют воздушные и жидкостные модификации. Первая имеет более примитивное устройство, но не считается самой эффективной. Для нее требуется качественный материал.
Жидкостный теплообменник имеет форму металлического змеевика. Он контрастирует с внутренней плоскостью дымохода и отличается высоким показателем теплопроводности. Змеевик находится в корпусе из металла для безопасности применения и оптимального теплообмена. Его изолируют с внутренней стороны негорючим утеплителем. Чаще это базальтовая вата.
Конструкция обустраивается на дымоходе. Через корпус проводят наружу края змеевика и подсоединяют к системе отопления. В верхней области устанавливается расширительный бачок. Трубка из меди лучше всего годится для изготовления змеевика. К тому же этот элемент отличается высоким КПД, а потому габариты у него в разы меньше, чем у стальных изделий.
Сначала идет нагрев жидкости с ее последующим расширением. После этого она перемещается по змеевику и направляется в радиатор. Здесь теплая вода вытесняет прохладный теплоноситель, нагрев которого осуществляется повторно в змеевике. Наблюдается постоянная циркуляция теплоносителя в системе.
Чтобы этот процесс проходил максимально точно, необходимо подсчитать диаметр и длину элемента, а еще в точности определить угол наклона обратки и подачи. Все эти особенности важно учитывать не столько ради того, чтобы устройство продолжало работать, сколько ради предотвращения гидроудара, последствия которого могут быть неблагоприятными. В то же время у описываемого вида теплообменника есть определенные минусы:
- Проблемы при обустройстве и проведении расчетов.
- Контроль температурного режима и показателей давления, носящий постоянный характер.
- Значительный расход теплоносителя. Он вызван испарением влаги из расширительного бака. Зимой при использовании водяной системы приходится жидкость сливать.
- Существенное понижение температуры отходящих газов, из-за чего топливо может сгорать не полностью с одновременным снижением тяги.
Невзирая на все эти недостатки, указанный теплообменник способен сделать всякий человек, который умеет обращаться с инструментом и обладает знаниями физики.
