No Image

Теплообменник на дымоходную трубу

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

При печном отоплении тепловая энергия не полностью используется для обогрева помещения: часть ее расходуется на нагревание трубы дымохода, а часть уходит на улицу. Чтобы оптимизировать работу отопительной системы и использовать избыток тепла с пользой, устанавливают на дымоход печной трубы металлический теплообменник — устройство, позволяющее увеличивать КПД печи и сохранять тепло, не позволяя отводить нагретый воздух наружу.

Что такое теплообменник и для чего он нужен

Теплообменник — это устройство, предназначенное для энергообмена между различными частями системы, по которой циркулирует теплоноситель. Установка теплообменника имеет несколько целей:

  • использование избытка тепловой энергии для нагрева воды в соединенных с отоплением контурах (например, в системе горячего водоснабжения);
  • теплоизоляция дымохода.

При обустройстве печного отопления монтаж теплообменника — рациональное решение. Подключив его к контуру системы горячего водоснабжения в доме (при условии, что печное отопление достаточную мощное), можно сэкономить на электричестве или твердом топливе, а также не устанавливать отдельный котел для работы ГВС.

Теплообменники — это широкая категория инженерного оборудования, которая используется и в частном хозяйстве, и в промышленности. В городских котельных, предприятиях сферы энергетики также можно увидеть сложное оборудование.

Разновидности устройства и принцип работы

Существует основная классификация теплообменников — по типу теплоносителя, которая делит их на водяные и воздушные.

Водяные теплообменники

Водяные теплообменники — самая простая и распространенная разновидность оборудования. Их работа основана на базовых законах физики: при нагревании жидкость расширяется, ее плотность уменьшается. Под давлением более плотной холодной воды, находящейся в нижней части контура, нагретая жидкость поступает в расширительный бак, а оттуда — обратно в теплообменник, двигаясь по замкнутому кругу.

Циркуляция по трубам и постоянное нагревание воды до нужной температуры позволяет поддерживать оптимальную работу подключенного контура. Она же предотвращает переохлаждение трубы дымохода, которое может привести к образованию конденсата.

Простейший теплообменник представляет собой металлический бак или змеевик (спиралевидную трубу), в котором находится теплоноситель — горячая вода. Источником тепла является горячая труба дымохода, которая находится в прямом контакте с источником тепла.

Устройство на основе водного теплоносителя работает по принципу самовара. В системе предусмотрен расширительный бак для горячей воды. Через выходной штуцер теплообменника вода по трубе попадает в расширительный бак. Снизу бака расположен выходной штуцер с трубой, через которую охлажденная вода покидает емкость и поступает снова в теплообменник. Естественный физический процесс теплового обмена обусловливает постоянную циркуляцию жидкости и поддержание постоянной температуры.

Воздушные теплообменники

Принцип действия воздушных теплообменников в том, что горячие газы нагревают расположенные внутри устройства трубки, не создавая дополнительного нагрева, а лишь направляя тепловую энергию наружу. Конструктивно воздушный теплообменник представляет собой цилиндр с несколькими полыми трубками внутри, воздух в цилиндрический резервуар подсасывается снизу, в трубе нагревается и из теплообменника выходит наружу, таким образом увеличивая уровень нагрева помещения на 15-20%.

Обратите внимание! С помощью воздушного теплообменника можно обогреть соседние комнаты от одной печи, если туда вывести воздуховодную трубу. С помощью воздушного теплообменника можно усовершенствовать простую буржуйку или обычную печь, если установить его на дымоход.

Кроме традиционного металлического бака или змеевика встречаются колпаковые модели, которые используются для отопления мансардных помещений.Такой принцип строения печи предложил И.В. Кузнецов, и колпаковая печь названа его именем. Работа колпаковых теплообменников основана на удержании нагретого воздуха, поднимающегося вверх по дымоходу, с помощью специального колпака, который устанавливается под потолком. Движение воздуха в трубе происходит за счет естественных физических процессов.

Способы установки

Существуют два основных способа установки устройства — непосредственно на печь или на трубу дымохода (устройство самоварного типа или т.н. водяная рубашка).

В первом случае эффективность установки будет значительно выше, т.к. ёмкость будет получать тепло не только от трубы дымохода, но и от жара каменки.

Обратите внимание! При всех достоинствах у этого способа есть существенный недостаток: вода в емкости нагревается быстрее, чем печь, и начинает закипать. Со временем на поверхности бака образуется накипь, из-за чего модель нуждается в регулярной очистке.

Как установить теплообменник своими руками: инструкция

Установка теплообменника на дымоход происходит на базе уже готовой емкости, (например, модель “Ермак”), которую можно приобрести в магазине, либо изготовить самостоятельно из листовой нержавеющей стали или медной трубки.

Как выбрать металл для изготовления устройства

Для изготовления теплообменников используют следующие виды металла:

  • нержавеющая сталь;
  • оцинкованная жесть;
  • медь.

Выбор зависит от конструкции печи, ее мощности и температурного режима.

Если рабочая температура печного оборудования не превышает 200 градусов, то для установки теплообменника подойдет любой металл.

Если печь нагревается выше 200 градусов, то использовать тонкостенные баки из оцинковки не рекомендуется, поскольку высокая температура может деформировать емкость.

Обратите внимание! Стоит учитывать, что при нагревании цинковое покрытие выделяет токсические вещества. Для высокомощного печного отопления рекомендуется использовать теплообменники из нержавеющей стали.

Для теплообменника в виде змеевика (трубки, которая устанавливается спирально вокруг дымохода) используется медь как оптимальный металл по части пластичности, теплопроводности, прочности и устойчивости к коррозии.

При желании можно изготовить змеевик самостоятельно, согнув трубу спиралью таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был на 1-2 мм больше трубы дымохода.

Обратите внимание! Для изготовления теплообменника самоварного типа медь не подходит.

Установка теплообменника самоварного типа

Установка теплообменника — дело не совсем простое, и требует опыта в сварочных работах и знания принципов работы отопительных систем.

Монтаж выполняется на основе готового металлического бака:

  • Емкость теплообменника устанавливается непосредственно на трубу дымохода, которая должна быть прочно закреплена на каменке.
  • Выше по ходу трубы после теплообменника устанавливается шиберная заслонка дымохода.
  • После выбора места для установки накопительного бака (это может быть парная, душевая, предбанник) на стену крепится опорная реечная конструкция.
  • Бак фиксируется на опоре с помощью саморезов строго вертикально. Если бак имеет большой объем (от 120 литров), можно использовать кронштейны, которые устанавливаются на стену.
  • К входному патрубку бака подключается обратный клапан (в случае открытого типа контура).
  • К выходному патрубку емкости подключается кран для слива воды (он должен быть предусмотрен, если печное отопление используется сезонно).
  • К теплообменнику через штуцеры подключаются отводящий и подводящий патрубки, идущие к накопительному баку.
  • После подключения всех подводящих и отводящих труб теплообменник приваривается к трубе дымохода с обеих сторон.
  • Патрубки, ведущие к накопительному баку, присоединяются при помощи металлических фитингов.
  • После завершения сварочных работ, подключения подводящих и отводящих патрубков проводится проверка системы путем пробного запуска воды. Если сварные швы выполнены качественно, то в местах стыков течи возникнуть не должно.

Внимание! Выносной бак теплообменника должен быть выше по уровню, чем верхний край печи.

Печь, используемую для отопления дома или готовки пищи, можно переделать своими руками под агрегат, который будет нагревать воду для бытовых нужд. Для этого надо провести монтаж на трубу дымохода теплообменника. Как это сделать, рассмотрим в статье.

Читайте также:  Какой диаметр телевизора выбрать для комнаты

Что такое теплообменник

Это техническое устройство, изготовленное из материала с высоким показателем теплопроводности, в котором две среды с разной температурой соприкасаются через перегородку. Именно через стенку прибора от одной среды температура передается другой.

Существует два типа теплообменников:

  1. Рекуператоры. То есть те, в которых передача температуры происходит через перегородку.
  2. Регенераторы. В них среды с разными температурами соприкасаются с одной единственной поверхностью поочередно.

  1. Змеевик – это трубка, накрученная на дымоходную трубу, по которой движется вода.
  2. Труба в трубе. Это конструкция в виде цилиндра, насаженная на дымоход. Внутри него протекает вода, которая поступает внутрь конструкции через нижний патрубок, а выходит через патрубок, установленный верхней части теплообменника. Нагрев жидкости происходит через стенку дымохода.
  3. Спиральные. В быту применяются редко, потому что конструктивно – это емкость, в которую укладывают по спирали (по внутренним стенкам) трубу, внутри движется горячая среда. К сожалению, в таком виде дымоход работать не будет.
  4. Кожухотрубные. Это не бытовой агрегат. Его конструкция – это емкость, в которой вставлено большое количество трубок. По ним и перемещается среда с большой температурой, а между трубками движется вода.
  5. Пластинчатые, их еще называют конвекторами. Эта модель такая же, как предыдущая. Только в ней вместо трубок установлены полые панели, по которым и движется среда с высокой температурой. А между ними вода. Эффективность передачи тепловой энергии здесь зависит от того, в каком направлении относительно друг друга перемещаются среды. Оптимально – навстречу друг другу.

Материалы для теплообменников

Обычно дымоход собирают из металлических труб. Редко в парилке бани или других помещениях, кроме основного дома, монтируют керамические или стеклянные дымоходы. Слишком дороги. Поэтому можно смело говорить, что эти конструкции обладают высокой тепловой отдачей. Поэтому на них можно монтировать теплообменник.

Как установить змеевик на дымоход

Эта витая конструкция считается самой простой. Она является прямоточной, поэтому многое будет зависеть от диаметра навиваемой трубки и скорости движения воды внутри нее. Здесь соотношения такие:

  • Чем больше диаметр змеевика, тем больше в нем объема воды, который придется дольше нагревать.
  • Чем быстрее движется по виткам вода, тем меньше она забирает тепловой энергии, просто не успевая.

Решить эти две проблемы можно двумя способами:

  1. Увеличить длину трубы, скручиваемую в змеевик. То есть вода как можно дольше должна находиться внутри теплообменника.
  2. Установить перед змеевиком отсекающий вентиль, с помощью которого можно было бы контролировать подачу жидкости. Таким способом можно увеличивать или уменьшать скорость движения воды.

Монтаж водяного теплообменника этого типа проводится на стадии установки дымохода. Потому что надо в змеевик вставить дымоходные трубы.

Для этого потребуется:

  • труба из меди, алюминия или стали длиною 3 м;
  • два гибких шланга для подключения к системе горячего водоснабжения, требуемой длины;
  • вентиль.

Есть другой способ, который сегодня практически не используют. Для этого в трубу засыпают мелкий просеянный песок, с двух сторон ее закрывают заглушками, а затем гнут по трубе диаметром 100, 120 или 150 мм. То есть соответствующей размерам дымохода. После готовую конструкцию освобождают от наполнителя и промывают под напором воды.

Следующий этап – нарезка резьбы на конце змеевика. Для этого используют лерку. Если теплообменник изготовлен из стальной трубы, то к концам можно приварить электросваркой сгоны с соответствующим диаметром под гибкие переходные шланги.

Все готово, можно монтировать теплообменник. Чтобы он не спадал с дымохода, можно его прикрепить к нему с помощью пайки. При этом увеличиться и теплообмен между двумя элементами. Далее в нижней части вкручивается вентиль, к нему гибкая вставка, которая противоположным концом присоединяется к водопроводу.

Как установить теплообменник «труба в трубе» на дымоход

Чисто конструктивно теплообменник этого типа представляет собой бак, в котором установлена труба диаметром чуть больше диаметра дымохода. К примеру, если размер последнего 115 мм, то трубный участок должен быть в сечении 120 мм. То есть дымоход должен свободной пройти сквозь теплообменный аппарат.

Можно подойти к решению монтажа теплообменника с другой стороны. То есть диаметры двух трубных элементов выбираются одного сечения. Но соединяться они должны раструбным способом, как все элементы дымоходной системы. Это когда у участка трубного элемента один конец имеет стандартный диаметр, а второй немного расширен.

Заключение по теме

Теплообменник, установленный на дымоходе печи, это реальная возможность сэкономить на организации горячего водоснабжения. Здесь важно грамотно провести монтаж, с учетом требований пожарной безопасности.

При печном отоплении часть тепла всегда вылетает в трубу. Буквально: в обычную печную трубу. «Отопление» улицы оплачивают владельцы помещений при покупке твёрдого или жидкого топлива. Сэкономить деньги и увеличить эффективность работы отопительной печи зачастую способен лишь теплообменник на дымоход.

Что такое теплообменник на трубу дымохода? Какие виды теплообменников существуют и какие особенности есть у теплообменных систем для домов и бань? В чём плюсы установки систем теплообмена и существуют ли минусы? Разберём подробно.

Теплообменник: механика работы

Сгорание печного топлива обеспечивает температуру при вхождении в дымоход свыше 500 °С. Такие показатели излишни, потому что тягу дымоход поддерживает и при 300-400°С. Без вреда для печки часть тепла можно перенаправить на нагрев воды в системах отопления, водоснабжения или воздуха в помещениях. Функция теплообменника заключается в обеспечении передачи (обмена) тепла от газов в дымовой трубе воде или воздуху.

Существующие модели

Специалисты считают оптимальными 3 конструктивных решения по оборудованию теплообменника на дымоход:

  1. змеевик;
  2. цилиндр с теплоносителем вокруг трубы – «водная рубашка»;
  3. переделка канала дымохода под ступенчатый лабиринт для замедления движения газов и повышения теплоотдачи.

Варианты №1 и №2 используют для подачи тепла для нагревания воды и в отопительные системы, №3 – для обогрева помещений.

Свойства разных типов теплообменников

Всем теплообменникам присущи особенности, незнание которых приведёт к дефектам системы теплообмена. Если мы передаём тепловую энергию воде, часто возникает эффект избыточного теплообмена. Приток холодной воды в теплообменник на трубе при разогретом дымоходе ведёт к забиванию канала гарью и образованию конденсата от отработанных газов.

Ещё одно не самое лучшее решение, которое быстро нарушит работу теплообменника – монтаж змеевика водоснабжающей трубы внутри самого дымохода. Нагар в дымоходе — полбеды, главный риск – отравление угарным газом.

При самостоятельном монтаже теплообменника лучше следовать отработанным решениям и не экспериментировать, пытаясь создать авторский вариант устройства.

Для бесперебойной и безопасной работы системы теплообмена рекомендуется раз в полгода проводить профилактику – визуальный осмотр, чистку от гари и накипи, ремонт (в случае необходимости). Бережное отношение к теплообменнику позволит ему прослужить десятки лет.

Читайте также:  Портал для камина электролюкс

Требования

  • Лучший материал для бака теплообменника – сталь «нержавейка», которая выдерживает высокие температуры и резкие перепады.
  • Теплообменник подбирается в соответствии с мощностью отопительного прибора. Нарушение данного правила приведет к потере КПД самой печи.
  • Теплообменник не монтируется на трубу «намертво» – конструкция должна легко сниматься для ремонта или очистки.
  • Теплоаккумулирующий бак необходим для теплообменников с «водной рубашкой» (водяным контуром), чтобы холодная вода не попадала в сам теплообменник.

Теплообменник своими руками

Установить теплообменник на трубу дымохода – хорошее решение для обогрева жилого дома. Главное – его можно изготовить самостоятельно.

Проще всего будет соорудить змеевик из спиралевидной трубки, который охватывает поверхность дымохода, обвивая его. Для изготовления этой модели не нужен большой багаж специальных знаний. Главная проблема – согнуть трубку в спираль, чтобы она не поломалась. С медными трубками таких проблем не возникает, а в случае с алюминиевыми поможет паяльная лампа или газовая горелка. Часто советуют припаивать спираль к дымоходу оловом.

Длина змеевика зависит от диаметра трубки. Как правило, используют диаметр 0,5 дюйма. Чем тоньше трубка, тем больше вероятность закипания в ней. Для одноэтажного строения 4 метров трубки, идущей от котла, будет достаточно – хороший обмен тепла между накопительным баком и теплообменником гарантирован. Длина медной трубки не важна при применении насоса для прокачки воды через систему теплообменника.

Бак для водяного теплообменника тоже делают самостоятельно – для этого нужно время, материалы, а главное – золотые руки. Понадобятся отрезки трубы разных диаметров из нержавейки со стенками, толщиной не меньше 1,5 мм; листовая сталь; готовый заводской стальной бак-накопитель; шаровый вентиль (чтобы сливать воду). Нужно запастись сварочным аппаратом для сварки корпуса теплообменника из листов стали.

Воздушный теплообменник на дымоход использовать можно только в помещении небольшой площади. Провести его монтаж несложно, так как он мало чем отличается от водяного. Всего навсего конструкцию теплообменника устанавливают под углом 90 градусов к дымоходу, а печные газы направляют между трубами. Результат – дым нагреет воздух трубок теплообменника, который через воздуховод поступит в помещения дома.

Расчёт эффективной работы

Главная задача при установке – правильный расчёт мощности отдачи тепла. Его можно примерно сосчитать, ориентируясь на температурные значения газов в печке и на выходе из теплообменника. Показатель теплоёмкости газов равен 1,04 кДж/кг. При перепаде температур горячих газов в 150°С, 1 кг выходящего в трубу дыма нагревает литр воды до 35-40 °С. Потом рассчитывают тот объём газов, который выходит через дымоход и получают коэффициент полезного действия для теплообменника. Нормальный КПД составляет 50-60%.

С задачей отопления небольшого дома справится один теплообменник. В других случаях теплообменник дополняет основной котёл или отопительный контур.

Теплообменник в банях

Сделать теплообменник для дымоходной трубы в бане целесообразно при системах ГВС (горячее водоснабжение). Воздушный теплообменник применяется для прогревания помещения бани, а в парной и без него хватит тепла. Водяной теплообменник применяют в том случае, если баня – это отдельное строение. Обычно ёмкость под воду устанавливают под потолком в смежном с парилкой помещении.

Что нужно знать при монтаже теплообменника для горячей воды

  1. Бак для воды должен соответствовать мощности печи в бане – вместительная большая емкость дольше нагревается. В небольшой ёмкости бака вода быстро закипит и даст излишний пар. Оптимальная ёмкость – 50-100 литров, а для нагревательного элемента вполне хватит 6-10 литров.
  2. Сам теплообменник также должен соответствовать мощности банной печки. Идеальный вариант – теплообменник оставляет 10-15% печного тепла.
  3. Бак для воды нужно наполнять во время протапливания печи, иначе – перегревание бака и коллапс всей системы теплообмена обеспечены.
  4. Трубы теплообменной системы не следует жёстко крепить к стенам, так как при разогреве они расширяются. Излишне жёсткий монтаж повредит всей конструкции теплообмена.

Конструкция теплообменника для мансарды

Чтобы отдельно прогревать мансарду, в частных домах и на дачах часто ставят теплообменник-колпак, работающий по принципу колпаковой печи – когда разогретый воздух быстро поднимается наверх, а остывший – вниз. Такие теплообменники для сохранения тепла обкладывают камнями или просто декорируют. Самая высокая температура всегда наверху – это главное для мансардных теплообменников.

Выводы

Основная проблема при установке теплообменника – вопросы регулирования мощности. Считается, что универсальных способов отключить нагрев воды в системе горячего водоснабжения при работающей печке не так уж и много. Часто советуют перекрывать водяной контур с полным сливом воды.

Всё же, плюсов от установки теплообменника на трубу дымохода больше, чем проблем. Для помещений скромной площади именно теплообменник является наиболее экономичным и простым способом отопления при отсутствии систем ГВС. Даже если дом подключён к централизованным коммуникациям, вряд ли стоит терять тепло и переплачивать за топливо.

Монтаж теплообменника обойдётся дешевле отделки помещения специальными энергоэффективными материалами или установки систем формата «умный дом». Мастера при монтаже подобных устройств дают полную консультацию по пользованию системой в различных ситуациях.

Если же вы намерены самостоятельно сделать теплообменник и смонтировать его на печную трубу – запасайтесь временем: читайте специализированные материалы и смотрите видео. В любом случае, жалеть об установке теплообменника на дымоход вряд ли придётся, особенно во время суровой русской зимы.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector