Теплообменник для кирпичной печи своими руками

Компоненты отопительной системы

Чаще всего для жилых домов используются водяные системы отопления. Такой подход к решению задачи является традиционным. У него есть один неоспоримый плюс — это универсальность. Тепло проходит во все уголки помещения благодаря особому свойству теплоносителя. Нагрев его доступен при помощи различных энергоносителей.

• источник тепла;
• сеть труб с арматурой и дополнительным оборудованием;
• отопительные радиаторы и теплые полы.

Чтобы урегулировать работу теплоносителя, используется запорно-регулирующая арматура и дополнительное оборудование. Последнее объединяет такие элементы:

• циркуляционный насос;
• гидрострелка;
• расширительный бак;
• распределительный коллектор;
• буферная емкость;
• средства и приборы, необходимые для автоматизации;
• бойлер косвенного нагрева.

Дополнительные объемы воды могут создать определенное давление на области соединения, если она находится в замкнутом пространстве. Чтобы избежать такой ситуации, в сети устанавливается расширительная емкость. Она берёт на себя всю лишнюю воду. Выделяют ёмкости мембранного и открытого типа.

Бойлер косвенного нагрева — это особый резервуар, оснащенный змеевиком. Нагрев воды для бытовых нужд осуществляется здесь непосредственно от теплоносителя. Чтобы контролировать показатели давления воды и температуры, устанавливается манометр. Контроль над показателями теплоносителя осуществляется при помощи автоматизированных средств, контроллеров и датчиков.

Теплообменники поверхностного типа в большинстве случаев используются, когда речь идёт о системах отопления для дома. Тепловая энергия проходит через плоскость металлических стенок. Лучше всего реализован этот принцип в котлах:

• электрических;
• твердотопливных;
• газовых.

Вода проходит по трубам, имеющим изогнутую форму. Они устанавливаются внутри устройства и нагреваются от подходящего топлива. Носитель прогревается и переходит в трубопровод. На смену ему в теплообменник поступает вода из радиатора, находящаяся в остуженном состоянии.

В частных домовладениях до сих пор источником тепла служит печь. Она подходит для обогрева небольшого дома, но ее тепловой мощности недостаточно, если речь идет о большом коттедже. По этой причине теплообменник в отопительной системе необходим, чтобы трансформировать печь в полноценной котёл с функцией нагрева воды.

Чтобы сделать дом более тёплым, необходимо встраивать водный теплообменник в печь. Он является наиболее практичным. Объясняется это тем, что за счёт этого устройства тепловая энергия лучше передается водой. Воздушный аппарат тоже может применяться для аналогичных целей. Есть вариант с установкой на дымоход снаружи.

Выпускаемые на сегодня отопительные устройства имеют теплообменники, максимально приспособленные для нагрева воды. В промышленных условиях такие приборы изготавливают из меди. Формируется труба, имеющая вид змеевика. Вдоль ее изгибов присутствует большое количество пластин, обеспечивающих значительную площадь теплообмена.

Для отопления дома допускается применение самодельного устройства, которое характеризуется простотой конструкции. Действует он таким образом, что энергия от переработки угля поступает ему от печи. Нагревается вода, которая распределяется по трубам во все помещения. Тепло распределяется равномерно, что обеспечивает комфортную атмосферу во всём жилище. Одновременно снижаются и затраты на покупку топлива. Печное отопление удастся улучшить, прибегнув к двум способам:

• обустроить печь с нуля, подстраиваясь под имеющиеся размеры теплообменника;
• оборудовать самодельный теплообменник и встроить в печь, которая уже имеется в наличии.

Готовая печь, созданная в соответствии со всеми требованиями, будет работать не хуже топливного котла. Она будет оснащена водяным контуром. Единственное различие здесь коснется локализации входного отверстия теплообменника. Оно расположится несколько выше над полом, нежели в заводских приборах. Это довольно ощутимая разница, способная повлиять на время естественной циркуляции носителя.

При монтаже труба холодной воды, которую ещё называют обратной, должна располагаться максимально низко. В верхней точке расположения труб необходимо монтировать расширительный бачок. Он обеспечит компенсацию объёма нагретой жидкости, если будет меняться, выпуская воздушные пузырьки из системы. В случае, если отопления с естественной циркуляцией не хватит для обслуживания большого коттеджа, понадобится дополнительный монтаж циркуляционного насоса.

Установка теплообменника на банную печь

Греть кипяток для парилки можно самыми разными способами. Существует множество схем отбора тепла через стенку топки, или можно использовать внешний нагрев воды в отдельной печи.

В этой ситуации дополнительный теплообменник для печи оказывается наиболее оптимальным вариантом. Уже даже производители банных печей сообразили, что проще монтировать небольшой дополнительный контур в топку, чем усложнять и увеличивать габариты печной конструкции корпуса за счет приставных емкостей. Поэтому примерно 60% печей для бани выпускаются с теплообменником.

Популярность теплообменного способа объясняется тремя факторами:

• Компактность конструкции с теплообменником;
• Эффективный теплосъем и быстрый нагрев воды;
• Безопасность конструкции теплообменника.

Последний фактор, наверное, имеет решающее значение. Популярные ранее огромные столитровые баки, устанавливаемые на боковой или тыльной стенки печки, наполненные кипятком, всегда были небезопасными и часто приводили к термическим травмам. Кроме того, для того чтобы нагреть такую массу воды, приходилось регулярно отвлекаться на перемешивание водяного запаса или растапливать печь задолго до начала прогрева парилки.

Теплообменник для бани стал настолько популярным, что его стали изготавливать кустарным способом, использовать теплообменные аппараты от систем отопления котельной и специализированной техники, и даже устанавливать хитроумные устройства в чугунные и кирпичные печи.

Использование теплообменника для банной печи позволило существенно улучшить санитарные условия внутри парилки, и, что немаловажно, почти неограниченный нагрев воды дает возможность оборудовать полноценное моечное отделение. Теперь появилась возможность принимать душ практически без оглядки на запасы кипятка в парилке.

Принцип работы

Схема работы теплообменного аппарата была следующей. Внутри печи, обычно в топку или на выходной патрубок, устанавливается теплообменный контур. Чаще всего это медная или стальная трубка длиной 6-7 м или емкость из нержавейки.Для компактности труба может выполняться в виде змеевика, набора регистров или плоской спирали.

Вода поступает внутрь трубы из внешнего бака, обычно самотёком или под небольшим напором водяной башни. Скорость потока невелика, поэтому жидкость успевает прогреться до относительно высокой температуры в 90оС.

Важно! Температуру и интенсивность нагрева можно легко регулировать с помощью крана, установленного на входе или на выходе из печи. Поэтому теплообменник, встроенный в банную печь, одинаково эффективно греет воду, как зимой, так и в летний период.

Гибкость и эффективность теплообменного аппарата привела к тому, что банная печь с вмонтированным теплообменником превратилась в основной источник горячей воды загородного или дачного отдыха. Мало того, в зимнее время печь с теплообменником может использоваться для отопления помещения.

Понятно, что в этом случае размеры топки и теплообменного контура должны быть минимум вдвое больше и изготавливаться из жаростойких материалов. Существуют также ограничения и по используемому топливу. В данном случае речь идет о теплообменнике для дровяной печи. Даже торфяной брикет, не говоря уже об угольном топливе, для рассматриваемых типов печей не используется.

Конструкции теплообменных аппаратов не ограничиваются только традиционным змеевиком из медной трубы. Общее число моделей теплообменных агрегатов, по самым скромным оценкам, составляет не менее полутора десятков штук.

К наиболее популярным и востребованным видам печных теплообменников относят следующие конструкции:

• Трубчатые теплообменники, изготовленные из медной или стальной трубы в виде кольцевой или плоской змейки. Такие системы обладают самой высокой водогреющей эффективностью, они просты в изготовлении и установке на банную печь. К недостаткам конструкции можно отнести высокую чувствительность к перегреву;
  
• Коробчатые теплообменники изготавливают из жаростойкой листовой стали в виде тарельчатой емкости или прямоугольного бачка. В общем случае это просто емкость из жаростойкого материала, с приваренными патрубками для подключения, подвода и отвода воды;
  
• Каркасные теплообменники представляют собой достаточно сложную конструкцию из стальных труб, сваренных в виде набора из нескольких регистров. Конструктивно данный тип просто копирует устройство паровозного котла. Поэтому сама конструкция получается очень надежной и прочной, способной выдерживать длительный перегрев и высокое давление пара;
  
• Пакетные теплообменники изготавливают для банных печей специализированными предприятиями. Кустарным способом не изготавливаются. Обладают высокой эффективностью, но при этом склонны к прогоранию стенок даже при небольшом перегреве.
  

Если сравнивать приведеные конструкции, то все три модели, за исключением пакетного варианта, обладают достаточной эффективностью, чтобы греть воду в проточном состоянии. Скорость нагрева для обычного стандартного теплообменника, диаметром канала 10-20 мм, составляет 10 мл/оС. При скорости движения воды 20-30 мм/с на выходе из печи вода успевает нагреться до 70-80оС.

Если делаешь теплообменный аппарат собственными руками, то наибольший интерес представляют собой виды и конструкции. Чаще всего проточную часть изготавливают из медной трубы диаметром 15-20 мм. Заготовку наматывают на деревянную болванку, на концы напрессовывают муфты или сгоны, с помощью которых можно подсоединить теплообменник к баку, питающему банную печь.

С тарельчатым или коробчатым теплообменником сложнее. Для изготовления собственными руками потребуется сварочный углекислотный полуавтомат или аргоновая сварка. По эффективности отбора тепла в банной печи тарелка теплообменника немного уступает змеевику, но обходится дешевле.

Регистровые теплообменники сваривают из труб на основе жаропрочной стали, по эффективности они несколько хуже тарельчатых, но зато прекрасно переносят перегрев. Даже если в банной печи остановилась подача воды, как правило, это не ведет к повреждению теплообменного контура. Данный тип теплообменника может изготавливаться также из медной трубы, КПД аппарата увеличивается в полтора-два раза, но при этом значительно уменьшается стойкость к перегреву.

Так как все перечисленные модели серьёзно отличаются между собой по способности противостоять перегреву, место для установки конкретной модели выбирается исходя из особенности устройства топки и материала, из которого изготовлен теплообменник.

Каркасные или регистровые системы, как правило, используются в кирпичных банных печах. Аппарат заделывается в верхнюю часть топки или в свод печи еще на этапе её постройки. При этом патрубки для подключения к баку выводят с тыльной или с боковых сторон печного корпуса.

Таким же способом устанавливаются плоские змеевики из меди и нержавейки. Они могут быть заделаны как в свод, так и в одну из вертикальных стенок топочной камеры в банной печи.

Витые медные змеевики традиционно устанавливают на верхний дымоход. Иногда змеевик располагают непосредственно под насадным центральным баком для горячей воды. В баке греется вода для обрызга каменки, а в медном теплообменнике нагревается вода для душа или моечного отделения.

Тарельчатые и коробчатые теплообменники устанавливается на одной из боковых стен в банной печи. Обычно их используют для стальных или чугунных печек. Для установки достаточно вырезать в стенке два отверстия. После чего на выходные патрубки одеваются распорные втулки, и теплообменник устанавливается внутри топки с помощью накидных гаек. Подобный тип теплообменника называют ещё сухим, так как вода при любых обстоятельствах не попадает внутрь топочной камеры.

Важно! Коробчатые и регистровые теплообменники устанавливают внутри банной печи так, чтобы уменьшить контакт поверхности металла с наиболее горячей частью фронта горения.

Теплообменник должен получать большую часть тепла внутри печи не за счет конвекции и обтекания раскаленными газами, а в виде инфракрасного излучения от стен и свода банной печи. Чтобы избежать перегрева, трубы теплообменного контура приходится экранировать листами из нержавеющей стали. В результате и ресурс повышается, и вода в теплообменнике нагревается более равномерно, без кипения и паровых фонтанов.

Практически все модели теплообменных устройств работают по принципу самотека или естественной конвекции воды в полузамкнутой системе труб. Поэтому при разработке схемы установки аппарата отбора тепла необходимо придерживаться двух правил:

• Входной и выходной патрубки теплообменника должны располагаться на разных уровнях, расстояние по вертикали между нижней и верхней точками подвода воды должно быть не менее 20-25 см. Нижний патрубок используется для подвода холодной воды, верхний — для отвода кипятка;
• Подключение к патрубкам греющего контура банной печи необходимо выполнять только с помощью гибких соединений, а соединительные муфты обязательно уплотнять теплостойким силиконом.

Речь идет не о гибких резиновых шлангах в металлической оплетке, они для этих целей не подходят, даже если на этикетке присутствует маркировка «для горячей воды» или что-то подобное.

Важно! Из-за сильного теплового излучения, идущего от стенок банной печи, резина стареет и перегорает за считанные недели.

Опытные пользователи рекомендуют выполнять подключение бака к теплообменнику в бане с помощью гибких газовых шлангов из нержавейки.

Классической схемой установки считается выносной бак для бани с теплообменником. Это означает, что емкость с горячей водой для душа и уборки помещения располагается либо на ближайшей стене, либо за пределами парилки, поближе к душевой кабинке.

Важно обеспечить определенный перепад высоты между выходом из теплообменника банной печи и донной частью емкости с водой. Обычно эта величина выбирается в пределах 50-70 см. Для коробчатых и регистровых схем, плоских змеевиков бак находится на уровне 120 см над уровнем пола. Это удобно, можно зачерпнуть горячей воды через верхний люк.

Другое дело, если змеевик теплообменника для бани установлен на трубу дымохода. В этом случае бак придется поднимать на высоту 180-200 см, поэтому в днище или на выходе из контура устанавливать бронзовый кран для горячей воды.

Трубопроводы, ведущие от теплообменного контура печи к баку, обычно располагают под уклоном. Холодная магистраль от нижнего патрубка подводится к питающему баку под прямым углом, это обеспечивает максимальную величину гидростатического напора в контуре. Отходящая магистраль устанавливается под углом 25-30о. Делается это для отделения пузырей воздуха и пара, образовавшихся в потоке воды при нагреве.

Выбор мощности

Не зная, каковы потребности здания в обогреве, подобрать оборудование сложно. Расчёт может быть приблизительным и точным. Первый вариант предпочитают продавцы, реализующие отопительную технику, так как это обеспечивает относительно точный результат. В этом случае тепловая мощность вычисляется в соответствии с площадью помещений, которые отапливаются.

Рассматривают отдельно взятую комнату, выясняют, какую она имеет площадь. Полученное значение умножается на 120. Необходимая для всего загородного дома энергия определяется после объединения показателей всех помещений. Но куда лучше точный метод. Он предполагает:

1. Умножение площади помещений, у которых с улицей контактирует только одна стена, на 100. Важно, чтобы на этой же стороне присутствовало одно окно.
2. Умножение на 120, если речь идет об угловой комнате, имеющей одно окно.
3. Умножение на 130, когда подразумевается помещение с двумя окнами и более, а также двумя наружными стенами. При подсчете приближенным методом жители холодных регионов могут недополучить тепла, а южных — переплатить за чересчур мощное оборудование.

В этом видео вы узнаете, как сделать теплообменник:Точный расчётный способ производится специалистами. Именно он обеспечивает четкое понимание, сколько тепла может быть потеряно в любом здании. Прежде чем приступить к конкретным вычислениям, определяют площадь дверей, окон и стен. Каждый строительный материал имеет ту или иную толщину слоя. Ее также необходимо учитывать.

Сегодня выпускаются различные виды котлов с тем или иным типом топлива и энергоносителями. Основными разновидностями бытовых теплогенераторов считаются:

• газовые;
• твердотопливные;
• электрические.

Есть модификации, работающие на жидком топливе. На твердом топливе работают котлы прямого горения. То же касается пеллетных и пиролизных котлов. Такие котлы востребованы, так как эксплуатация их предполагает низкие затраты. Это уголь и дрова, которое стоят относительно недорого. Есть вероятность подключения природного газа, но это дорогое удовольствие. Люди предпочитают покупать угольные и дровяные устройства.

Эксплуатация источника тепла, который работает на твердом топливе, чем-то напоминает простое печное отопление. Надо отыскать дрова, тратить силы и время, загружать их в топку. Обычно твердотопливные котлы имеют некую инерционность. Это означает, что нагрев воды после закрытия воздушной заслонки будет прекращаться постепенно.

Газовое оборудование

Хорошей альтернативой может послужить проведение газового отопления. Здесь используется магистральный газ. Такие котлы эффективные и надежные. КПД составляет 87% у самой простой модификации. У дорогих конденсационных модификаций этот показатель приближается к 97%.

Отопительный прибор компактный, безопасный и автоматизированный. Ему требуется обслуживание не чаще 1 раза в год. При этом в котельную приходится ходить исключительно для того, чтобы изменить настройки и проследить за их нормальным функционированием. По сравнению с твердотопливным, это довольно бюджетный агрегат.

Электрические и жидкотопливные

Самым эффективным считается электрическое отопление. Только оно может обеспечивать КПД 99%. К тому же для него не требуются вентиляция и дымоходы, обслуживание как таковое не предусмотрено, разве что есть необходимость чистить устройство раз в 2-3 года.

Монтаж, как и стоимость самого оборудования, отличается дешевизной. Конечно, все эти свойства электрокотла делают его привлекательным в глазах покупателя, но стоит он всё же недёшево. Финансовые затраты обусловлены необходимостью платить за электричество. Можно устанавливать многотарифный счетчик, хотя и это не позволит обойти по функциональным характеристикам дровяной теплогенератор.

Жидкотопливные котлы  работают на дизельном топливе и отработанном масле. Этот тип отопления считается самым грязным. После посещения котельной непременно придется отмывать руки от солярки. Также от одежды будет исходить соответствующий запах. Один раз в год понадобится чистка агрегата. Это отдельное событие, после которого придётся отмывать сажу чуть ли не со всего тела.

В современных отопительных котлах присутствует много важных элементов. Среди них — теплообменник для кирпичной печи со сваренными пластинами. Именно внутри него осуществляется передача тепла к носителю от генератора. Сегодня представлен большой ассортимент различных отопительных котлов, но это не мешает владельцам частных домовладений самостоятельно изготавливать подобные устройства.

Преимущества изделия

Теплообменник в системе отопления изготавливается легко и просто. В этом его основное преимущество. Если в наличии уже имеется печь, затраты коснутся только изготовления и последующего монтажа этого элемента. К прочим положительным сторонам можно отнести разнообразие видов топлива.

От поверхности печи исходит тепло, прогревающее помещение, но к нему еще прибавляется водяная система отопления. Такое оборудование имеет эстетичный внешний вид. Если планируется создать интерьер в русском национальном стиле, то он придется как нельзя кстати.

Рекомендации по изготовлению

Можно сделать теплообменник своими руками для печи, имеющий различную форму. Могут использоваться пластинчатые изделия, а еще регистр, состоящий из нескольких труб. Они изготавливаются из меди или стали. В зоне сгорания, особенно если речь идет об угле, отмечается большая температура. Вот почему к металлу, из которого состоит теплообменник, предъявляются внушительные требования.

Водяной теплообменник должен передавать тепло, именно поэтому имеет большое значение показатель теплопроводности металла. Для примера медная труба пропускает тепло в 7 раз сильнее, нежели та, что изготовлена из стали. Вот почему, имея одинаковый показатель диаметра для передачи одинакового объема тепла, потребуется 3,5 м медной трубы, тогда как стальной придётся взять 25 м. Медь экономична в работе, но стоит дорого. Самостоятельно изготавливать можно теплообменники из стали, если их диаметр не меньше 32 мм.

Если хозяин дома намеревается использовать уголь для отопления, лучше сделать теплообменник для печи из чугуна. Такой материал будет лучше противостоять воздействию огня. К тому же он наиболее крепкий.

Особенности готовой конструкции и ее монтаж

Регистром называют теплообменник для водяного отопления, сделанный из труб с гладкими стенками. Он имеет вид решетки. Именно такая форма является самой популярной. Но бывают модификации цилиндрической и прямоугольной формы, считающиеся самыми примитивными.Ширина внутренних пустот в таком устройстве должна быть равна, как минимум, 5 мм.

https://www.youtube.com/watch?v=d0idwQchW3s

Благодаря этому удастся компенсировать расширение металла во время его нагрева. Установка теплообменника осуществляется внутри печи, когда укладывают ее стенки. Именно такой вариант считается наиболее простым и доступным. Часть кирпичей придется разобрать, если речь идёт о старой печи.

На фундамент монтируется трубчатый теплообменник. Делать это надо прямо внутри топки, укладывая кирпичи рядами, оставляя пространство для входной и выходной трубы. Когда кладка будет завершена, теплообменник подсоединяют к системе отопления и заполняют водой. После этого можно затопить печку.

---