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

Регистр воздушного типа

Основное назначение теплообменника – передавать энергию от продуктов горения в дымоходе теплоносителю, в качестве которого выступает вода или воздух. Установленные в дымоходах теплообменники (это относится к водяным модификациям) часто называют экономайзерами. Эти устройства собирают и передают в помещение тепло, которое просто уходит в атмосферу, благодаря чему вырабатываемая печью тепловая энергия используется по максимуму. Кроме обычной водопроводной воды иногда используют и другие жидкости – масло или «незамерзайку».

В связи с этим все устройства делят на две большие категории:

воздушные;
жидкостные (водяные).

Выбор того или иного вида зависит от нескольких факторов. Важнейшие из них – это конфигурация и материал дымохода, а также характеристики самого прибора.

Схема воздушного теплообменника. Он считается менее эффективным, чем жидкостный аналог, но имеет простую конструкцию, что делает его подходящим для самостоятельного изготовления

Некоторые перегородки (заслонки) не припаивают, а делают подвижными. С помощью задвигания/выдвигания металлических пластин можно регулировать силу тяги, тем самым снижая или увеличивая производительность обогревательного прибора.

Воздушные теплообменники называют конвекторами, та как в основе их работы лежит принцип конвекции. Холодный воздух из помещения попадает внутрь устройства, где от воздействия горячих дымовых газов повышается его температура. В нагретом состоянии он через другое отверстие движется дальше – обратно в помещение или в отопительную систему.

Виды устройств для дымохода

Среди воздушных разновидностей традиционной моделью для самостоятельного изготовления считается трубчатый теплообменник, хотя есть и множество других вариантов.

Рассмотрим основные виды, которые актуальны для монтажа на дымоход печей длительного горения, малогабаритных буржуек, печей на отработке. Тепло, которое они преобразуют из энергии продуктов горения, называют сухим.

Если представить схематично внутреннюю часть устройств, то она может иметь следующие вариации.

Горизонтально или вертикально расположенные трубы, приваренные к корпусу топки. Вертикальное расположение эффективнее, так как воздух лучше проходит сквозь каналы. Материал изготовления – сталь.

Для приваривания к стенкам могут применяться фрагменты труб диаметром от 50 мм до 200 мм. Считается, что форма сечения – прямоугольная или круглая – принципиально не важна

Производительность во многом зависит от разницы уровней входа и выхода воздуха. Силу тяги определяет разница в температуре, поэтому отверстие, отвечающее за забор, часто выводят на улицу

Перегородки внутри корпуса. Своеобразный лабиринт составляют из металлических пластин, установленных вертикально. Оптимальная толщина деталей – от 6 мм до 8 мм.

Входное и выходное отверстия воздуховода должны располагаться напротив начала и конца лабиринта. Сверху устанавливают и приваривают металлическую крышку, обеспечивающую герметичность корпуса

Трубы, проходящие сквозь топку.

Интегрированную конструкцию необходимо создавать при сборке самодельной печи, еще перед тем, как заварятся стенки. Каналы расположены параллельно, на некотором расстоянии друг от друга. Сечение труб – 50 мм и более

Воздухонагреватели прямого действия

Воздухонагреватели прямого действия основаны на принципе обогрева помещения раскаленной докрасна и испускающей инфракрасное излучение пористой керамической плиткой, в недрах которой и происходит сжигание природного газа. Это не что иное, как газовые камины, возле которых приятно провести время, нежась под потоком лучистой энергии. Обычно это сравнительно недорогие приборы мощностью 3-4 кВт, выпуск которых освоили некоторые изготовители отопительных приборов (про выбор и размещение отопительных приборов).

Самым большим недостатком отопительных приборов данного типа является то, что в отапливаемых помещениях «выгорает» кислород, а продукты сгорания газа остаются в помещении. Поэтому такие приборы больше служат для декоративных целей и в качестве основного источника тепла не могут быть рекомендованы.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
Установите бак к началу системы отопления.
Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
Закройте герметично все элементы.
Наполните бак водой, теплообменник готов.

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.

Пластинчатый

Цельный блок конструкции состоит их поочередно размещенных пластин с горячими и холодными средами. Смешивания сред не происходит, поскольку уплотнитель резиновый и многослойный. Пластинчатые виды сложны для собственноручного изготовления, важна герметичность внутренних платин, а для этого нужно специальное оборудование.

Труба в трубе

Обменник состоит из большой трубы и меньшей по диаметру, вставленной внутрь. Среды перемещаются по меньшей трубе, для охлаждения подаются во внешнюю трубу. Конструкция:

проста в изготовлении;
легко чистится;
долговечна;
применима к любому теплоносителю;
в отличие от пластинчатой трубы может работать под давлением;
изменив размеры труб, можно подобрать оптимальную скорость для движения жидкости.

Чтобы трубы не влетели вам в копеечку, тщательно рассчитывайте расход материала.

Для изготовления конструкции подберите две медных трубки по диаметру одна больше другой на 4 мм для зазора:

Приварите боковой стороной тройник к обеим сторонам наружной трубы.
Вставьте меньшую по диаметру трубку, приварите торцы большой трубки, зафиксируйте положение меньшей трубы.
приварите короткие трубки к тройникам на выходе, по ним будет передвигаться жидкость.
При использовании стального материала, увеличьте площадь поверхности, соберите батарею из обменников в отдельности.
Соедините трубки отрезками, приварите поочередно к обоим тройникам, чтобы получилась змейка.

Воздушный

Воздушный теплообменник состоит из радиатора и вентилятора. Вентилятор охлаждает потоки воздуха, разгоняет их по всей системе вентиляции. Данные вид обменника устанавливают в зданиях администрации, для общественных целей.

Теплообменник своими руками

Обеспечение теплосъема

Увеличивать теплосъем возможно путем создания устройств, способствующих естественной и принудительной конвекции. Для обеспечения естественной циркуляции воздуха изготавливают экраны с направляющим аппаратом, позволяющим создать мощный конвекционный поток и распределить его по помещению. Направляющий аппарат изготовляют в виде изогнутых полос металла, приваренных к экрану и направляющих теплый воздух не только вверх, но и в стороны. Подготовленное устройство крепится к печи.

Устройство для теплосъема может изготавливаться и из обрезков водопроводных и профильных труб. Расстояние от пола до нижнего среза элементов должно быть не менее 15-20 см. Трубы привариваются к корпусу печки и по бокам закрываются экраном для защиты от случайного прикосновения. Традиционная буржуйка нагревает воздух вокруг себя на 0,5-1,0 м, а применение такой конструкции позволяет увеличить не только радиус, но и скорость повышения температуры в помещении. При нагреве корпуса отопительного прибора выше 60 °С в устройстве возникает устойчивая конвекционная тяга, мощность которой возрастает по мере увеличения температуры печи.

Повышать теплосъем можно, применяя вентиляторы для обдува теплопередающей поверхности. Используют как бытовые, так и старые автомобильные вентиляторы. Особенно хорошо себя зарекомендовали приборы с изменяющейся скоростью вращения. Они позволяют регулировать температуру и время обогрева помещения в различных режимах работы печи.

Для более эффективного обдува элементов печи устраивают специальные кожухи, позволяющие направлять холодный воздух в наиболее горячие участки нагревательного прибора, при этом его можно отбирать из различных мест помещения. Хорошо зарекомендовала себя буржуйка с вварными в топливник трубами для нагрева воздуха. Установленный на общем нагнетающем коллекторе многоскоростной автомобильный вентилятор позволяет эффективно обогревать помещение.

Совместным применением устройств для искусственного обдува и естественной конвекции можно значительно повысить КПД буржуйки, а значит, более эффективно обогреть помещение.

Банные печи с теплообменнком

К плюсам описываемых конструкций можно отнести:

Одновременное решение двух задач – отопление парилки и предбанника, а также нагрев воды.
Возможность установки бака в помещении, которое располагается ближе к парилке.
Большой срок использования. Это обусловлено использованием высококачественных материалов.
Отсутствие необходимости в уходе за конструкцией.
Небольшие размеры печи. Это позволяет экономить пространство в парилке.
Мощности печи с теплообменником хватает для быстрого прогрева помещения.

Во время проведения работ по установке теплообменника следует помнить о некоторых правилах. Например – необходимо производить соединение труб в системе таким образом, чтобы они не были жестко закреплены около стен. Это связано с изменением их линейных параметров во время нагрева теплоносителя.

Также следует помнить о том, что для уплотнения резьбы необходимо использовать материалы, устойчивые к высокой температуре. Выбор объема емкости, устанавливаемой в бане, должен осуществляться с учетом того, что нагрев производится в течение двух часов.

Классификация видов

Классификация видов направлена на облегчение выбора теплообменника для каждого конкретного случая

Если обратить внимание на статистику, то станет ясно, что практически каждая баня это уникальный проект. Отличия могут быть минимальны, но они есть, а значит каждый конкретный случай зависит от характеристик помещения: наличия свободного места в помещении, наличия чердачного помещения и, конечно, бюджета стройки

По месту расположения емкости теплой воды

Прежде чем делить систему по месту расположения емкости для теплой воды, разберемся, а на что вообще влияет расположение бака с теплой водой? А влияет оно в первую очередь на необходимость насоса. Дело в том, что полноценный насос установить в бане не получится, так как для него нужно отдельное помещение. Но по факту, мощная насосная установка в бане и не нужна. Будет вполне достаточно циркуляционного насоса систем отопления. Но, если бюджет не позволяет пользоваться техникой, приходится вспоминать законы физики.

Согласно школьному курсу, теплая вода легче холодной, а значит горячий слой «всплывает» над холодным. Так образуется небольшая разность давлений, которая при некоторых ухищрениях во время прокладки трубопровода позволяет создать систему с естественной циркуляцией. До массового распространения насосов на том же принципе работали системы отопления всех частных домов.

Система с расположением бака в парилке

По расположению бака с теплой водой системы бывают:

С расположением бака в парилке. Зачастую такой бак и вовсе прячут в одну кирпичную «рубашку» с печью, за счет чего достигается эффект термоса с долгим сохранением теплой воды. Но напор это разность между уровнем воды и высотой точки излива, то есть расположением распылителя душа. И тут начинаются проблемы: сделать при таком исполнении классический душ невозможно. Можно выполнить душевую с гибким шлангом и не поднимать его выше 1,5 метров. Почему именно 1,5 метра? Да потому, что при высоте бани в 2 м, сделать напор больше не получится. Поэтому нужно устанавливать циркуляционный насос, мучатся с гибким шлангом или выбирать другой вариант расположения бака. Но, справедливости ради, плюсы и у такой системы есть: малая протяженность трубопровода, быстрый прогрев воды и длительное сохранение температуры воды.
С расположением бака за стеной парилки. В этом случае получается сэкономить место в парной, которого всегда не хватает, но незначительно увеличивается протяженность трубопроводов и пропадает эффект термоса. Проблемы с напором и в этом случае сохраняются.
С расположением на чердаке. Если конструктивные особенности помещения позволяют выполнить бак в чердачном помещении, то этот вариант будет наиболее выигрышным для напора. Конечно, увеличивается сложность монтажа из-за увеличения общей протяженности трубопроводов, но появится возможность установки классического душа. При этом бак следует обязательно утеплять, желательно минеральной ватой, чтобы тепло не расходовалось на прогрев неотапливаемого чердака.

Система с расположением бака за стеной парилки

По расположению теплообменника

С теплообменником внутри печи. Как правило, это змеевик из стальных труб или пластинчатый теплообменник. Главное удобство такой конструкции в том, что нет необходимости занимать дополнительное место вокруг дымохода, а значит экономится место в помещении. Если устроить теплообменник змеевик внутри топки, то вода будет прогреваться достаточно быстро, но при этом в разы увеличивается опасность вскипания воды в трубе. Для того, чтобы защитить систему, придется устанавливать циркуляционный насос отопления.
С теплообменником на дымоходе. Теплообменник на дымоходе проще сделать самому, для его эксплуатации и ремонта не нужно разбирать печь, как в предыдущем случае. Если говорить о покупных теплообменниках, то теплообменник на дымоходе будет эффективнее. Единственный минус — это габариты. эффективный теплообменник в топку можно сделать своими руками, а квадратные метры, занятые теплообменником на дымоходе никуда не денутся, поэтому такую конструкцию используют достаточно редко и только в целях предотвращения вскипания и пережога труб.

Теплообменник на трубу дымохода

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!

Список источников

gidpopechkam.ru
kaminguru.com
econet.ru
ZnatokTepla.ru
stroy-banya.com
sovet-ingenera.com
banyaspec.com
trubsovet.ru

Принцип работы устройства

Из чего состоит теплообменник типа труба в трубе? Нетрудно догадаться: из пары труб, вмонтированных одна в другую (по-научному – коаксиально расположенных). По каждому из элементов двигается теплоноситель. «Девайс» можно регулировать за счет правильного подбора диаметра элементов. Конструкция настолько проста, что теплообменник труба в трубе сделать своими руками может любой хозяин, имеющий немного времени и желание.

Так выглядит теплообменник для водопровода

Особенности функционирования аппарата

Описанные устройства применяют для охлаждения либо нагрева теплоносителя для сравнительно умеренных по площади поверхностей теплообмена – порядка 50 квадратных метров. Если сделать особенный расчет теплообменного аппарата типа труба в трубе, то можно добиться даже процесса кипения, а то и конденсации теплоносителя.

Также в случае необходимости площадь теплообмена реально увеличить, но придется строить дополнительные секции.

Чтобы очистка поверхности одинаково качественно осуществлялась в любой части конструкции, с обеих сторон, важно правильно выбрать и умело присоединить выходные/входные патрубки. Тогда агрегат будет работать эффективно, равномерно распределяя потоки по каждому из каналов

Этот момент особенно важен для установки охлаждающих устройств, когда понижение температуры недопустимо.

Принцип работы «девайса» предельно прост: пара теплоносителей отделена друг от друга перегородкой, через которую осуществляется теплообмен. Расположение «бок о бок» позволяет добиться относительной компактности сооружения. Распределение процессов внутри устройства происходит так: насыщенный пар концентрируется между трубами, а жидкость перемещается по внутренней трубе.

Цена описываемого аппарата не бывает низкой, однако и миссия у него, согласитесь, важная. Конструкция теплообменника типа труба в трубе может разниться, базируясь на разных вариантах компоновок. Однако любой из придуманных типов агрегата хорошим мастерам вполне под силу собрать прямо на месте, используя стандартные элементы и опираясь на чертеж.

1– труба теплообменная; 2 – труба кожуховая; 3 – опора; 4 – решетка кожуховых труб; 5 – камера

Сфера применения приборов

Такой вид теплообменников используют во множестве сфер – как в промышленном сегменте, так и в бытовой области. Добыча и транспортировка газа, подача и очистка нефти, обработка осадочных вод, перемещение химических составов – все эти процессы становятся возможными благодаря задействованию конструкций труба в трубе. Широко распространено применение данного типа теплообменников и в коммунальном хозяйстве – для снабжения горячей водой населения, заводов, фабрик и других зданий. Если сделать специальный расчет теплообменника типа труба в трубе, то такую конструкцию можно задействовать даже в теплоэнергетике. Одно из самых интересных применений «героя» статьи – изготовление вина и молочных продуктов. Даже в пищевой промышленности без теплообменников не обойтись.

Схема устройства прибора

Виды устройств для дымохода

Среди воздушных разновидностей традиционной моделью для самостоятельного изготовления считается трубчатый теплообменник, хотя есть и множество других вариантов. Рассмотрим основные виды, которые актуальны для монтажа на дымоход печей длительного горения, малогабаритных буржуек, печей на отработке. Тепло, которое они преобразуют из энергии продуктов горения, называют сухим.

Если представить схематично внутреннюю часть устройств, то она может иметь следующие вариации.

Обвитая вокруг топки труба. Для хорошей теплоотдачи достаточно 2-3 витков, которые лучше слегка раздвинуть, чтобы увеличить площадь обогрева.

Трубы, проходящие сквозь топку.

При вертикально расположенных каналах движение воздуха более интенсивное, следовательно, производительность прибора увеличена. Но в некоторых случаях уместны устройства с горизонтально расположенными трубами или с перегородками. Каждая из перечисленных моделей подходит для самостоятельного изготовления, если есть навыки сварки.

Теплообменник на дымоход своими руками — воздушное устройство

Регистр воздушного типа

Виды устройств для дымохода

Воздухонагреватели прямого действия