Теплообменник самоварного типа своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 05.10.2024

Часто возникает идея использовать лишние киловатты тепла, которые возникают при топке бани. Умельцы научились с помощью этой энергии греть воду для мытья и отапливать смежные комнаты. Такая энергия поступает и аккумулируется при помощи обмена теплом.

Проще говоря, теплообменник — это обычный змеевик, который греет воду. Дальше ее можно использовать по своему усмотрению или для отопления смежных комнат, создавая замкнутый контур.

Теплообменник в банной печи позволяет решать разные задачи: нагрев воды, использование ее для помывки, отопление соседнего помещения. Для нагрева воды змеевик можно вставить внутрь печи. Также жидкость может находится в баке, который будет нагреваться непосредственно от стенки печи. Еще один вариант — использовать отопительный контур.

По месту расположения емкости для теплой воды

В зависимости от того, где располагают емкость с водой, выделяют следующие виды нагревателей:

Емкость непосредственно в парилке — позволяет воде быстрее греться, т. к. водопровод отсутствует или очень короткий. Сокращаются и теплопотери. Недостаток вполне очевиден: полезная площадь парилки сокращается.
Емкость находится в смежном помещении, где оборудована душевая. Часто рекомендуют именно этот вариант. В отдельной душевой мыться удобнее и места в парилке больше. Но растет длина водопровода.
Проблему слабого напора позволяет решить установка бака с теплоносителем на чердаке. Этот способ так же не лишен недостатка. Нужно подвести холодную воду наверх, да и длина горячего водопровода больше. Емкость нужно тщательно утеплять, чтобы максимально снизить теплопотери.

По месту расположения теплообменника

В зависимости от места расположения самого нагревателя, выделяют:

Нагреватель является частью самой печи. Ремонтировать такой теплообменник очень сложно. Придется демонтировать часть печи. Учитывайте, что постепенно накипь уменьшит КПД фактически до нуля (1 мм накипи уменьшает КПД на 10%).
Теплообменник для печи в бане расположен рядом с дымоходом. В этом случае, теплоноситель будет греться медленнее. Зато, закипать не будет (газы в дымовой трубе не нагреют его настолько сильно), отпадет проблема с накипью. Доступ к такому прибору значительно проще.

Как правильно выбрать?

Выбор того или иного нагревателя зависит от начальных условий и поставленных перед ним задач. Внутри печи он гораздо быстрее нагреет жидкость, но она может закипать. Образуется накипь, которая быстро выводит прибор из строя. Правильный расчет необходимой мощности позволяет избежать этой проблемы.

Расположенный возле дымохода печи, внешний нагреватель занимает больше места, жидкость греет значительно медленнее. Зато, к нему всегда есть доступ. В случае поломки, его легко починить или заменить. Теплоноситель закипает редко, просто не набирает столь высокую температуру, поэтому накипь не образуется. Выбор остается за хозяином.

Можно приобрести заводскую модель, которая будет стоить от 10 000 рублей, в зависимости от мощности. Стоимость качественной кирпичной печи с теплообменником начинается от 20 000 рублей, но, практика показывает, что она будет не так эффективна.

Ничего хитрого в устройстве прибора нет, насколько оправдана такая покупка — большой вопрос. Все можно установить своими руками.

Как сделать теплообменник самостоятельно?

Покупать дорогие изделия из нержавейки для эксплуатации в бане нецелесообразно. Теплообменник для печи в бане можно легко изготовить самостоятельно. Как сделать теплообменник банной печи своими руками? Пошаговая инструкция будет ниже.

Материалы и инструменты

Какие материалы имеют для теплообменника печи в бане первостепенное значение? Зависит от того, сколько воды нужно нагреть. Вот примерный список того, что понадобится:

металлический лист, толщина 2-3 мм — S=2*(0,40*0,80+0,40*0,20)+0,80*0,20 = 2*(0,32+0,08)+0,16 = 0,96 м 2
кран Ø32 мм — 2 шт.
обратный клапан Ø32 мм — 1 шт.
фитинги Ø32 мм— 6 компл.
патрубки Ø32 мм — 6 шт.
вентиль Ø32 мм (для слива) — 1 шт.
труба металлическая, гофрированная Ø32 мм — 3 м.
труба Ø32 мм (холодный водопровод) — по необходимости.
уплотнительный шнур для герметизации соединений — 1 упак.
электроды — 1 пачка.

Какой инструмент используется? Вот список:

Расчет размеров

Мощность нагревателя должна соответствовать мощности самой печи. Рекомендуют сделать теплообменник, руководствуясь следующим:

Теплообменник не должен потреблять больше 10% от мощности самой печи. В таком случае, мощности печи хватит и на обогрев помещения. Топливо будет расходоваться максимально эффективно. Время нагрева не увеличится.
Суммарная длина труб не должна превышать 3 метра. Нужно сделать необходимый уклон, который составляет 250 0 на прямой подаче, а на обратной — больше 30 0 в сторону печки. Так теплоноситель будет эффективно подаваться самотеком. В противном случае, не обойтись без насоса.
Воды должно быть достаточно. Она должна нагреваться не более двух часов, но не закипать. Если сделать бак слишком малого объема, теплоноситель очень быстро закипит. Если котел находится непосредственно в парилке, мыться там будет очень тяжело. Тяжелый пар заполнит помещение и нормально дышать станет невозможно. При слишком большом объеме бака из металла, теплоноситель может и вовсе не нагреться.
Не забудьте, что когда печь прогорит, вода все же какое-то время должна оставаться горячей. Поэтому, нужно заложить необходимый запас мощности.

Учитывая все вышесказанное, попробуем подобрать оптимальный теплообменник из металла. Принимаем, что для прогрева воздуха в бане нужно 5 кВт. Тогда мощность теплообменника из металла составит 10 кВт, а его площадь — 1 м 2 . На возможные теплопотери отнесем 3 кВт. Тогда монтаж 1 м 2 теплообменника даст нам 7кВт энергии. Время нагрева воды — 2 часа. Тогда требуемую площадь теплообменник определим по формуле: S = 1/7*W, где

W = 0,00117*V*(t_k-t_н) /T= 0,00117*65*(70-10) /2= 2,3кВт, отсюда S = 1/7*W=1/7*2,3 = 0,33 м 2 , где S — требуемая площадь теплообменника, м 2 ;

W — требуемая мощность теплообменника, кВт (важно определить ее правильно);
V — объем воды, которую надо нагреть, принимаем 65 л (достаточно для 4-х человек);
t_k – требуемая температура воды, принимаем 70 0 С (оптимальная температура горячей воды);
t_н – изначальная температура воды, принимаем 10 0 С. Требуемая мощность печи — 5+2,3 = 7 кВт. 0,3 кВт можно не учитывать, т. к. 10% от изначальной мощности печи — допустимая потеря (0,3кВт 0 С. Жидкость в системе не должна закипать. Накипь быстро выводит прибор из строя.
Диаметр трубопроводов не должен быть менее 24 мм.

Соблюдая эти нехитрые правила, вы всегда будете с горячей водой и сэкономите деньги на установку электрического бойлера.

Теплообменники в бане выполняют две задачи: нагрев воды в душевой и отопление комнат, прилегающих к парной. При этом изготовление теплообменника, его установка и правильный расчет вызывает достаточно много вопросов. Чтобы не допускать досадных ошибок поговорим о системе обогрева воды в бане с помощью теплообменника, выделим основные проблемы подобной системы и предложим пути решения.

Устройство и принцип работы

Что такое теплообменник? Теплообменник – это некое устройство, которое передает тепло тем или иным способом от источника или среды к другой среде. В нашем случае тепло передается воде посредством радиационного нагрева поверхности труб или нагрева поверхности трубы уходящими дымовыми газами. Рассмотрим каждый из вариантов теплообменников подробнее.

Наиболее распространенный теплообменник – это змеевик, по которому циркулирует вода. Такое устройство можно установить и в топке, и в дымоходе. Разница будет только в материале, из которого выполняется труба. Змеевик хорош большой площадью поверхности нагрева. Это означает, что при прочих равных условиях теплообменник в виде змеевика быстрее прогреет воду. Но при этом в змеевиках выше вероятность закипания воды, что грозит возможностью пережогу труб. Помимо порчи печи и всей системы с теплообменником, кипящая вода в трубах способна нанести вред здоровью человека.

Отдельно стоит отметить, что эффективность работы теплообменника зависит в первую очередь от площади греющей поверхности. Много изогнутых труб имеют большую общую площадь, чем плоская плита или труба тех же габаритов. Это нужно учитывать при самостоятельном изготовлении теплообменника.

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.

Система с расположением бака в парилке

По расположению бака с теплой водой системы бывают:

По расположению теплообменника

По расположению теплообменника выделяют системы:

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.

Общие принципы установки системы

Есть несколько принципов, которые помогут вам сделать качественный и долговечный теплообменник:

Как сделать теплообменник самостоятельно

При желании теплообменник можно выполнить самостоятельно, важно технично выполнят все требования и делать конструкцию с большим запасом прочности.

Материалы и инструменты

Потребуются материалы для работы с металлом:

Тиски
Инструмент для развальцовки
Ножницы по металлу
Пассатижи
Сварочный аппарат
Гаечный ключ

Кроме того нужны материалы:

Расчет размеров и мощности

Здесь самый интересный момент. Дело в том, что правильно рассчитать теплообменник невозможно. Слишком много условий, большая часть которых должна определятся в лабораториях опытным путем. Причин достаточно много:

Нет возможности регулировать подачу воздуха
Неоднородное качество топливо. Даже если вы всегда топите баню одни и тем же видом древесины, качество топлива всегда будет неодинаковым, а значит неодинаковым будет и выделение тепла.
Неоднородность теплоотдачи. К концу процесса топки теплоотдача дров резко уменьшается, поэтому невозможно точно рассчитать тепловую нагрузку теплообменника

Собственно поэтому, все теплообменники изготавливаются на глазок с приличным запасом прочностных характеристик. При самостоятельном изготовлении для змеевиков в топке используют стальных трубы с диаметром ¾, для змеевиков в трубе подходят медные трубы с диаметром 10 мм. Примерная длина змеевика – 1 м. Для стальных труб выполняется шаг в 10-15 см, для медных – чем меньше расстояние, тем лучше.

Инструкция по изготовлению теплообменника около отводящей трубы

При изготовлении теплообменника около отводящей трубы, главное – правильно загерметизировать все отверстия. Разберем пошаговый этап изготовления:

Создание змеевика из медной трубы диаметром 10 мм.
Развальцовка концов. Это необходимо для создания перехода от стандартной трубы в ¾ к диаметру трубы змеевика
Выполняются отверстия для отводов в отрезке дымовой трубы.
Устанавливаются отводы и змеевик.
Отрезок трубы дымохода устанавливается к самому дымоходу.
Выполняется монтаж остальной системы.

Теплообменник в печи

Теплообменник в печи — это тот же змеевик. Только стальную трубу, которая применяется в данном случае, не согнешь, как обычную медь. Поэтому нужно использовать прямые отводы. Для предотвращения вскипания воды в трубах, между поворотами делаются отступы. Так же, при установке змеевика в топку, рекомендуется установка циркуляционного насоса.

Установка и подключение

Теплообменник в топке удерживается кирпичной кладкой печи, в дымоходе прибор держится на отводах. Отводы желательно выполнять как можно меньшей длины. Главное правило монтажа подобной системы: никаких горизонтальных участков.

Перед подключением систему обязательно нужно проверить холодной водой. Для этого система заполняется водой и проводится осмотр каждого участка трубопровода. Любая дырочка со временем превратится в серьезную течь, поэтому лучше устранить все проблемы на этапе монтажа. Если финансовые возможности позволяют, желательно установить циркуляционный насос с простейшей автоматикой для включения и выключения циркуляции.

Как видно, ничего сложного в создании теплообменника в баню своими руками – нет Главное, правильно выбрать какой теплообменник необходим для каждого конкретного случая, исходя из габаритов помещения и финансового бюджета стройки

Такие качества, как бережливость и экономия присущи только человеку. На протяжении веков именно они двигают технический прогресс и способствуют созданию устройств, призванных не просто облегчить жизнь, но и использовать все доступные ресурсы по максимуму. Затраты на отопление дома считаются по праву самыми высокими. И вот как раз теплообменник на трубу дымохода входит в число наиболее доступных вариантов экономии тепла в частной постройке с печным отоплением.

Чтобы получить от печной системы максимум тепла, можно установить на дымоход теплообменник, сделанный своими руками

Разновидности

Сегодня существует много типов таких устройств. Но наибольшей популярностью пользуются:

теплообменник из гофры;
теплообменник, оборудованный ёмкостью для воды;
теплообменник, имеющий форму змеевика;
воздушный теплообменник.

В зависимости от вида циркулирующего внутри устройства теплоносителя, все теплообменники подразделяются на жидкостные и воздушные. Последние наиболее просто изготавливаются, однако их эффективность оставляет желать лучшего. В то время как дымоход с теплообменником, внутри которого циркулирует вода, может использоваться как полноценная система отопления небольшой дачи, если подключить на вход/выход устройства подачу/обратку на радиаторы.

Каждый народный умелец, создавая полезное устройство для своих нужд, вносил личные идеи, способствующие улучшению его конструкции. Реализация теплообменника на трубу дымохода по своим чертежам выполнялась с использованием таких комплектующих элементов, как:

регистры отопления;
коллекторы;
металлические резервуары:
разнообразные змеевики;
радиаторы бытовых систем отопления;
радиаторы системы охлаждения двигателей транспортных средств.

Соорудить теплообменник-змеевик можно из обычной медной трубы, согнутой в спираль

Жидкостный теплообменник

Стандартная конструкция устройства такого типа выглядит, как металлический змеевик, которому присущ высокий коэффициент теплопроводности. Для обеспечения безопасности и лучшего теплообмена размещается он в корпусе из металла и хорошо изолируется негорючим утеплителем, в качестве которого используется, как правило, базальтовая вата.

Монтаж конструкции проводится на участке дымохода. Концы змеевика сначала выводятся через корпус теплообменника, а затем подсоединяют к отопительной системе. В её верхней точке ставится расширительный бачок. Изготавливать змеевик лучше всего из медной отожжённой трубки. Конечно, можно использовать и стальной такой элемент, но для достижения сопоставимого эффекта тогда придётся создать конструкцию в 7 (!) раз большую по габаритам. Обусловлено это более высокой теплопроводностью меди.

Естественная циркуляция теплоносителя по системе происходит следующим образом: жидкость нагревается и, увеличиваясь в объёме, поднимается по змеевику. Затем она самотёком по трубе попадает в радиатор отопления. Находящийся там холодный теплоноситель вытесняется и, поступив в змеевик, он вновь нагревается.

Важно! Чтобы теплоноситель циркулировал по системе, необходимо точно рассчитать диаметр и длину змеевика, выдержать углы наклона как подачи, так и обратки, а также многое другое.

Недооценка этих расчетов может привести к печальным последствиям. То, что устройство не будет работать – это ещё полбеды. Гораздо страшнее возможность возникновения гидроудара из-за кипения теплоносителя.

Некоторые типы теплообменников сложно изготовить своими руками так, чтобы их эксплуатация приносила желаемый результат

Такому виду теплообменника на трубу дымохода присущи следующие недостатки:

сложность расчётов и изготовления;
необходимость постоянного контроля давления и температурного режима в системе;
повышенный расход теплоносителя: жидкость просто испаряется из расширительного бака. При использовании воды в зимний период, когда система не эксплуатируется, жидкость требуется сливать;
температура отводящих газов значительно снижается. А это может привести к уменьшению тяги и неполному сгоранию используемого топлива.

Вместе с тем, изготовить жидкостный теплообменник на дымоход своими руками может человек, обладающий лишь знаниями физики курса средней школы и имеющий навыки обращения с инструментом.

Воздушный теплообменник

Устройство данного типа состоит, как правило, из металлического корпуса, внутри которого смонтированы несколько патрубков – входных и выходных. В основе его функционирования находится принцип конвекции. Поступающий внутрь патрубков холодный воздух нагревается и выходит в отапливаемое помещение через верхнюю часть теплообменника. Такое техническое решение предоставляет возможность уменьшить расход топлива раза в 2-3 без снижения эффективности теплогенерирующего устройства.

Изготовить самостоятельно подобное приспособление не составит никаких сложностей. Для этого понадобятся металлические трубы различного диаметра, болгарка и сварочный аппарат.

Для изготовления воздушного теплообменника нужны металлический лист, труб разного диаметра и железная емкость подходящего размера

Прежде, чем приступать к работе, запаситесь таким материалом:

отрезком трубы диаметром 50 миллиметров;
трубой длиной 2,4 метра диаметром дюйм с четвертью;
металлическим листом 350×350×1 (единица измерения – миллиметры);
20-литровым ведром из-под машинного масла или металлической ёмкостью.

Процедура изготовления выглядит следующим образом:

вырежьте из листа металла круги. Они будут использоваться в качестве торцевых деталей. Необходимо, чтобы их диаметр соответствовал значению этого параметра ранее подготовленной ёмкости;
в центре каждого круга вырежьте отверстие под центральную 50-ти миллиметровую трубу;
на обеих деталях вокруг центрального отверстия равномерно отметьте точки, в которых вырежьте 8 проёмов для отрезков трубы диаметром дюйм с четвертью;
разрежьте эту трубу на 8 отрезков с помощью болгарки. То есть длина каждой трубки должна быть 30 сантиметров;
применяя сварочный аппарат, прикрепите к центральному отверстию кусок трубы диаметром 50 миллиметров, а к боковым отверстиям – элементы, полученные на предыдущем этапе;

На заметку! Выполнив вышеописанную последовательность действий, вы создадите сердечник теплообменника. Следующий этап – изготовление его корпуса.

срежьте с помощью болгарки дно ранее приготовленного металлического резервуара.
по его бокам по центру вырежьте отверстие диаметром, равным сечению трубы дымохода.
сваркой присоедините к проделанным отверстиям патрубки подходящего размера.
изготовленный по такой методике корпус наденьте на сердечник и приварите к нему.
готовое изделие покройте термостойкой краской.
после того, как краска высохнет, установите теплообменник на дымоход.

Особенности теплообменника на трубу дымохода в баню

По конструкции подобные устройства подразделяются на два вида – встроенные и прикреплённые к трубе. Исполнение во втором варианте получило название теплообменник самоварного типа.

Для бани используется теплообменники, которые не только отапливают помещение, но и нагревают воду

В состав встроенного теплообменника входит небольшой бачок ёмкостью, как правило, до 5 литров, устанавливаемый между топкой и кожухом теплогенератора. Контакт устройства с открытым огнём должен быть полностью исключён. К встроенному теплообменнику с помощью труб подключается ёмкость, объём которой может достигать 100 литров. Когда отопительная установка нагревается, горячая вода поднимается вверх по трубе, а остывшая уже по другой трубе поступает обратно в теплообменник. Так во внешней ёмкости поддерживается требуемая температура воды.

Теплообменник самоварного типа – это ни что иное, чем герметичная ёмкость, которая опоясывает верхнюю дымоходную трубу. По мнению специалистов, такой вариант нагрева более предпочтителен. Объясняют они это тем, что в процессе нагрева используется тепло движущихся по дымоходной трубе продуктов сгорания. И ещё немаловажно, что если сравнивать объёмы, то значение этого параметра теплообменника, прикреплённого к трубе, больше, чем у изделия встроенного типа.

Банная печь с теплообменником — преимущества и особенности эксплуатации

Выделим основные достоинства печей в бане с теплообменником.

Банная система такой конструкции решает сразу две задачи – отапливает помещения предбанника и парилки, а также нагревает воду.
Располагать бак допускается в помещении, ближайшем к парилке.
Несмотря на относительно невысокую стоимость печей с теплообменником на трубу в бане, им характерен большой эксплуатационный ресурс благодаря использованию при изготовлении высококачественных материалов.
По причине оснащения топки современной печи огнеупорным стеклом, можно наслаждаться языками пламени и контролировать при этом процесс горения.
Неприхотливость системы в уходе;
Привлекательный внешний вид.
Незначительные габариты печи с теплообменником на трубу в бане способствуют экономии пространства в парилке.
Мощности такой системы вполне достаточно для быстрого прогрева помещения парилки до нужной температуры.

Конструкция банной печи с теплообменником не отличается сложностью, а бак можно расположить в помещении, примыкающем к парилке

Вопросы безопасности для каждого человека находятся на первом месте. Этот фактор требует, чтобы система эксплуатировалась правильно. Крепить трубы, соединяющие бак с другими частями конструкции, неподвижно к стене нельзя, поскольку при нагревании их линейные параметры изменяются.

Совет! Уплотнение резьбовых соединений конструкции следует проводить с использованием прокладок, способных выдержать высокую температуру.

Выбирать объём ёмкости для воды следует с учётом того, что её прогрев должен осуществляться на протяжении двух часов с момента розжига в топке топлива. Иначе вода просто превратится в пар.

Мощность созданного теплообменника на трубу дымохода в баню не должна оказывать влияние на функционирование самой печи. При этом уровень допустимого понижения мощности не должен превышать 10%. Когда система нагрета до высокой температуры, заполнять её водой нельзя.

Другие долговечные и простые варианты

Выше была рассмотрена конструкция, когда змеевик теплообменника размещается в металлическом корпусе. Но существует несложный и практичный вариант использования такого элемента. Дымоход обвивается медной трубкой. Она всё время прогревается, за счёт чего температура проходящего по ней воздуха заметно увеличивается в течение непродолжительного периода времени. К дымопроводу такая спираль приваривается полуавтоматической сваркой или аргоновой горелкой. Используемое в качестве припоя олово предварительно нужно обезжирить ортофосфорной кислотой. Соединение получится долговечным и надёжным.

Решетка вокруг дымохода, заполненная камнями — это тоже своего рода теплообменник

На участке дымохода, проходящего по мансарде, можно установить теплообменник, работающий так же, как функционирует колпаковая печь. Принцип работы такой системы основан на законах физики: воздух, нагретый до высокой температуры, поднимается вверх, а, остывая, он опускается вниз. Такой вариант подходит, если дымоход в доме выполнен из металла, который больше всего раскаляется на уровне второго этажа. Риск ожога или возникновения пожара снижается с помощью колпака.

Чтобы накопить тепло, некоторые домашние мастера вокруг такого теплообменника на трубу устанавливают сетку с камнями, и, облагородив подставку, привносят в комнату ещё больше уюта. Такой вариант не только согревает, но и успокаивает. А принцип работы данной конструкции не допускает прогрев труб выше 170 градусов.

Важно! Дополнительную безопасность создаёт то, что самое горячее место находится возле шибера.

Установка на дымоходную трубу теплообменника позволит вам использовать тепло более рационально. Но, приобретая конкретную модель такого устройства, необходимо корректно подбирать режимы его работы и мощность. Иначе вы рискуете нарушить условия работы самого теплогенерирующего агрегата.

Читайте также: