Теплообменник для банной печи своими руками

Теплообменник для банной печи своими руками

Теплообменник для банной печи своими руками
СОДЕРЖАНИЕ
0

Как работает теплообменник, установленный в банную печь

Устройство печи с теплообменником настолько хорошо зарекомендовало себя, что появились различные варианты конструкции теплосъема, с различной степенью эффективности. Самые распространенные:

  1. Классический змеевик.
  2. Встроенный плоский теплообменник (похожий на две полые тарелки, соединенные между собой).
  3. Самоварный теплообменник, устанавливаемый на дымовую трубу.

Водяная рубашка, окружающая топочную камеру, применяется крайне редко и встречается всего в 1-2 моделях печей заводского производства.

Между тем, банные печи с теплообменником стали предметом дискуссий потребителей. Некоторые утверждают, что применение не практично, другие наоборот, указывают на удобство и комфорт во время эксплуатации.

Что дает встроенное или самоварное устройство теплосъема?

  • Теплообменник в банной печи нужен для получения горячей воды для помывки. Эта задача была основной при проектировании конструкции.
  • Возможность отопления в бане от печи с водяным контуром – фактически, металлическая печь становится неким подобием отопительного котла. Во время топки выделяется достаточно тепла для прогрева теплоносителя и нагрева необходимого объема воды ГВС.

Принцип работы зависит от используемого устройства. Эффективность определяется несколькими параметрами:

  1. Надежность.
  2. Достаточная теплоотдача.
  3. Возможность работы без использования теплообменника.

По своей конструкции, можно разделить все водогрейные устройства на встроенные и надстраиваемые (самоварного типа).

Фото 1

Печи для бани с водяным контуром под отопление и нужды ГВС, стали появляться после того, как хорошие отзывы получили обычные водяные теплогенераторы. По своему устройству, печное оборудование с интегрированным водонагревательным контуром делится на несколько классов:

  • Змеевик – простейшее устройство, используемое в классических твердотопливных котлах. Внутри конструкции располагается согнутая металлическая трубка. Форма разная и зависит от особенностей внутренней конструкции печи. Змеевик располагают так, чтобы пламя не воздействовало на него напрямую, а нагрев осуществлялся посредством дымовых газов.
  • Плоский теплообменник – устройство более сложное по сравнению с предыдущим. Плоский теплообменник для банной печи, выглядит как две полых тарелки, соединенных между собой. По теплоэффективности, конструкция превосходит змеевик, используется в современных моделях печного оборудования.

  • Встроенный бак – в печи изготавливается отдельная емкость, устанавливаемая сверху топочной камеры. Встроенный горизонтальный теплообменник быстро нагревается и сохраняет температуру, пока печь остается горячей.

  • Водяная рубашка – представляет полость, окружающую всю топочную камеру и дымовые каналы. Конструкция часто используется при производстве твердотопливных котлов, но не получила широкого применения при изготовлении банных печек.

Принцип работы интегрированного теплообменника в банной печи заключается в следующем. Спираль или пластина разогреваются от дымовых газов, температура которых достигает 450-500°С. При нагреве возникает давление, заставляющее теплоноситель циркулировать в системе обогрева. В схемах, где используется бойлер косвенного нагрева, ГВС подогревается за счет тепла отопления.

Самоварного типа

Установка теплообменника на банную печь – бюджетное решение проблемы ГВС и отопления. Водогрейное устройство изготавливается двумя способами:

  • Змеевик – на дымоходную трубу устанавливается змеевик из алюминия или меди. Для систем с естественной циркуляцией, вплоть до накопительной емкости или водораспределительных кранов, размеры змеевика не должны превышать 3 м. Оптимальные размеры теплообменника с принудительной циркуляцией, 5 м.
  • Устройство теплообменника самоварного типа – специалисты сходятся во мнении, что именно такая конструкция оптимально подходит для бани. Горячая вода для душа готовится постепенно, предотвращается закипание жидкости.

Движение воды в теплообменнике самоварного типа происходит по естественным физическим законам. Нагретая жидкость поднимается вверх, в емкости создается давление.

Оптимальный объем теплообменника самоварного типа выбирают так, чтобы вода достигала необходимой температуры, после 2-3 часов интенсивного горения. Конструкция оптимально подходит для обеспечения водоснабжения горячей водой.

Принцип работы различных видов теплообменников одинаковый: вода нагревается за счет тепла от сгораемого топлива в печи и далее используется для мытья или отопления. При этом нет необходимости в установке в бане отдельного бойлера.

В зависимости от расположения теплообменник может быть:

  • встроенным (внутренним, интегрированным, как еще говорят);
  • внешним (на дымоход).

Выполняется он в виде змеевика или емкости, которая разогревается от жара из топки либо трубы дымохода. Самоварный теплообменник является внешним и работает, подобно самовару, нагреваясь за счет горячих газов от сгораемого топлива.

В теплообменник вварены трубки, по которым поступает и отводится вода. Горячая вода поступает в бак, который размещают либо рядом с теплообменником, либо выносят в другое помещение. Трубы можно расположить так, чтобы вода постоянно циркулировала, нагреваясь в банной печи.

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

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

Разберем, как работает воздушная модель. Конструкция устройства проста: прочный корпус с перегороженным внутренним пространством. Роль перегородок играют пластины или трубки, основная функция которых – затормозить движение нагретых газов и направить тепло в нужное русло.

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.

Теплообменник для банной печи своими руками

Ниже будут рассматриваться три варианта:

  • внутренний змеевик;
  • внешний бак;
  • расположенный на дымоходе.

Внутренний змеевик

Теплообменники для бани такого типа отличаются тем, что монтируются в специально отведенном месте печи. Чаще всего он изготавливается из стальной трубы и устанавливается так, чтобы на него не воздействовала энергия пламени напрямую. Более того, он не входит в зону с максимальной температурой. Оптимальным вариантом является монтаж бака на пути движения дыма. Это позволяет увеличить срок эксплуатации оборудования.

Достоинством внутреннего змеевика выступает хорошее сбережение тепла. Вода будет подогреваться пока стальные или кирпичные стенки нагреты. На корпусе печи для бани имеются соединительные патрубки, к которым присоединяются элементы водяного отопления и трубопровода к выносной емкости. Подобный вариант обеспечивает нагрев жидкости значительно быстрее, чем другие варианты, но не нужно использовать его для маленьких печей. КПД будет постепенно уменьшаться из-за быстрого вылета нагретых газов через дымоход.

Внутренний змеевик эффективно показывает себя в кирпичных банных печах, которые имеют несколько ходов. Таким образом достигается качественный обогрев предбанника и душевой.

Внешний бак

Подобная емкость, сделанная из нержавеющей стали, может располагаться в непосредственной близости от печи. Дополнительная тепловая энергия будет поступать от инфракрасного излучения, и вода сможет нагреваться в баке быстрее. В качестве преимущества можно выделить простоту установки.

Недостатком является плохая передача тепловой энергии помещению парной. Помимо этого, постоянно требуется холодная вода, чтобы доливать ее в емкость.

По принципу действия такой вариант наиболее выгоден. Минимальное КПД агрегата не меньше 60%. Высокие показатели энергоэффективности достигаются из-за того, что бак не влияет на правильную работу банной печи. Нагревательные процессы проходят после сжигания топлива, непосредственно отработанным газами.

Большинство промышленных производителей банных печей с теплообменниками используют такой способ нагрева воды. Установка бака проводится легко, единственный недостаток заключается в громоздком виде и необходимостью постоянно доливать воду.

При горении жидкого топлива или угля, особенно в самодельных печах, на входе в дымоход температура газов достигает 600°С и даже выше. Для поддержания активной тяги такие температуры не нужны, они только ухудшают ситуацию. Ничто не мешает забрать часть тепла без ущерба для функционирования печи и отдать воздуху в помещении или воде в системе отопления или ГВС.

Задача заключается в том, чтобы обеспечить активный теплообмен между перегретыми газами, вырывающимися из стопки, и целевой средой: водой или воздухом. Ключевой является площадь контакта. Располагать, например, воздуховоды или змеевик водяной трубы внутри дымохода не лучшая идея, даже с учетом всех остальных особенностей любые объекты в канале будут способствовать лишь образованию сажи и конденсата, что быстро выведет из строя дымоход и соответственно превратит работу печи в опасное для окружающих мероприятие.

Для отопления

Для организации водяного отопления в доме теплообменник для дымохода будет отличным решением, но только при наличии теплоаккумулирующего бака. Для обогрева дома нет нужды постоянно нагревать холодную воду, теплоноситель в системе теряет после прохода контура 20-25°С и только. Соответственно снижается риск образования конденсата на поверхности дымохода.

Самый простой вариант теплообменника – змеевик из медной трубки, закрученный по спирали вокруг дымохода. Длина трубки не должна быть слишком длинной, учитывая даже маршрут до котла и обратно, и зависит от ее диаметра. Если взять, например размер ¼ дюйма, то желательно ограничиться протяженностью в 3,5-4 метра. Так можно будет обеспечить нормальный теплообмен с естественной циркуляцией воды в контуре «теплообменник — накопительный бак».

Если нет возможности установить котел близко к печи, то лучше использовать циркуляционный насос и принудительно прокачивать воду через теплообменник, тогда длина трубки уже не имеет особого значения. Использовать пайку или каким-либо образом улучшать контакт змеевика и дымохода не нужно. Слишком хороший теплоперенос больше сыграет в минус.

Большую теплоотдачу позволяет получить водяная рубашка, конструкция в которой поверх секции дымохода оборудуется внешний цилиндр, и вода заливается между ними. Секцию дымохода можно заменить на сборку труб меньшего диаметра, например 5-6 штук, так, чтобы их суммарное сечение равнялось каналу дымохода или немногим превышало его.

Основная сложность заключается в определении мощности теплоотдачи. Фактическое значение получается только на практике, и такой вариант мало кого устроит. Приблизительно можно подсчитать исходя из температуры горячих газов на выходе печи и по прохождению теплообменника. Удельная теплоемкость уходящих горячих газов составляет приблизительно 1,042 кДж/кг*К, чуть выше, чем насыщенный водяными парами воздух. В зависимости от перепада температур на входе и выходе теплообменника, площади контакта подсчитывается мощность.

Удельная теплоемкость воды 4,183 кДж/кг*К. Допустим перепад температур 150 градусов, тогда с каждого килограмма выходящего дыма можно нагреть килограмм или литр воды на 38°С. Далее вступает в расчет объем проходящих газов и КПД теплообменника, который, по факту, не превышает 60%.

Для отопления небольшого помещения достаточно будет и одного теплообменника для дымохода, однако лучше использовать его как вспомогательный источник тепла в дополнение к основному водяному контуру или водогрейному котлу, повышая общую отдачу тепла.

На практике небольшой дом или соседнее помещение проще обогреть с помощью воздушного теплообменника для дымохода. В нем применяется тот же принцип, что и в водяной рубашке, только в пространство между группой труб пускают газ от печки, а саму конструкцию ориентируют перпендикулярно дымоходу. Получается, что дым обтечет трубки теплообменника и нагревает воздух в них, дальше путем принудительного вентилирования он подается по воздуховоду в другие комнаты дома.

На дымоходе (водяная рубашка)

Баки для воды можно размещать где угодно: на стене помывочной или душевой, на чердаке, возле печки в парной. Внешние варианты лучше всегда утеплять, иначе вода будет нагреваться очень долго, а остывать быстро.

Вариант, когда бак располагается непосредственно возле банной печи, наиболее оптимальный, так как вода нагревается от пламени. Это визуально уменьшает помещение бани, но хорошо держит жар.

Часто камни укладывают в дымоходе, а бак ставят под топкой. Такая конструкция нагревается долго, но температуру держит тоже несколько часов. Жар от такой печи будет хороший, пар тоже.

Внешний вариант расположения более затратный в плане топлива. В этом случае придется топить дольше, так как нужно прогреть воду в трубах. Однако внешнее расположение очень удобно для душевой комнаты, когда после парилки нужно ополоснуться.

Оба варианта имеют свои недостатки – напор воды у них очень низкий ввиду небольшой высоты установки, а высота потолков в бане бывает редко выше двух метров. Установить душ будет сложно, да и мыться придется не выше чем с полутора метров. Эту проблему можно решить, если вынести бак, например, на чердак.

Теплообменник для банной печи своими руками

С выносом бака на внешний контур увеличиваются теплопотери. Необходимо утеплить сам теплообменник и трубы, которые к нему подводятся. Расчеты следует проводить, исходя из конструктивных особенностей бани. Например, натрубный вариант, когда змеевик опоясывает трубу, хорошо подходит для душевой комнаты. Но есть ограничения по объему – таким способом согреешь не более 50 литров воды.

Если есть возможность подвести водопровод, то лучше автоматизировать этот процесс. Тогда бак всегда будет наполнен и вода в нем будет горячая все время, пока топится банная печь.

Схема монтажа теплообменника на трубу дымохода в баню несложная. Нагрев воды может происходить либо через змеевик, либо к трубе приваривается специальная емкость, к которой впоследствии подключают трубки, идущие к баку. Это так называемый самоварный тип теплообменника.

Сделать такую рубашку можно из трубы по диаметру большей, чем дымоход. Бак можно оставить в парной или вынести наружу. Такой вариант значительно увеличивает время нагрева, поэтому в помощь придет насос, который будет гонять воду между рубашкой и баком.

Без насоса рубашка тоже будет работать, но нагревание замедлится в несколько раз. Такие теплообменники следует утеплять в случае, если они будут выноситься из парной. Их подключение следует выполнять посредством гибких труб, что облегчает последующее обслуживание.

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.

Модель теплообменника с трубами

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

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

Модель с воздушным змеевиком

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.

Модель с перегородками

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.

Модель с интегрированными трубами

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

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.

Предлагаем несколько простых для самостоятельного производства проектов, которые при желании можно сделать из металлических деталей с помощью сварки и электроинструмента.

Если установить самодельное устройство на буржуйку, эффективность обогрева в помещении вырастет на 30-40%. Чем меньше по площади гараж или мастерская, тем выше продуктивность работы прибора.

Предлагаем рассмотреть вариант, который идеально подходит для маленьких печей типа «буржуйка», активно применяющихся для отопления гаражей.

В целом из газового баллона получается довольно аккуратный и производительный теплообменник для печи, обогревающей небольшое помещение. Чтобы еще больше увеличить эффективность обогрева без кардинального изменения конструкции, на трубы можно установить вентиляторы, а количество труб увеличить до 4-5.

В качестве образца для изготовления могут выступать заводские модели популярных производителей. Например, компания Ферингер, известная выпуском печей, предлагает готовые дымоходы, которые по своей сути являются теплообменниками.

Рассмотрим модели несложной конструкции. Все детали, из которых они состоят, можно сделать самостоятельно.

Главная идея, которую можно взять от передовых моделей Ферингер, – использование четырех труб вместо одной. Если печь уже установлена в гараже или подсобке, часть дымохода убираем, устанавливаем вместо нее четырехтрубный экономайзер – и температура в помещении сразу повышается на несколько градусов.

Предложенная модель полностью выполнена из стальных деталей. Это теплообменник, который по габаритам примерно в 1,5 раза объемнее дымохода.

Он представляет собой барабан с трубками, расположенными перпендикулярно дымоотводной трубе. Нержавеющая сталь выбрана не зря – она с легкостью переносит высокие температуры, хорошо чистится и не прогорает.

Для работы потребуются:

  • стальная труба диаметром 30 мм (для изготовления 8 одинаковых отрезков);
  • фрагмент трубы 50 мм (для центрального канала);
  • металлический лист толщиной 2 мм (для изготовления 2-х круглых пластин и кожуха);
  • банку из-под краски объемом 20 л (для переходника на дымоход).

Теплообменник для банной печи своими руками

Также необходимо приготовить инструмент для резки и сварки металла.

Как работает теплообменник, установленный в банную печь

В бане использовать тепло от дымохода актуально только для ГВС или приспосабливать отопление воздушное. Воздушный теплообменник будет актуален в первую очередь для прогрева предбанника и раздевалки и других банных помещений, кроме парилки, где и так достаточно тепла от самой каменки.

Контур ГВС актуален для отдельно стоящего здания бани. Достаточно установить небольшую по объему емкость под потолком в соседней к парилке комнате и с помощью теплообменника нагревать воду в нем.

Монтировать контур отопления на основе теплообменника для дымохода, по меньшей мере, не актуально. Он по определению слишком завышен для обеспечения естественной циркуляции, а установка циркуляционного насоса и соответственно захолаживание стенок дымохода скажутся на тяге. Все упирается в повышенную теплоемкость любого, даже самого примитивного контура водяного отопления.

Существуют общие классификации, которые применяются для разделения нескольких вариантов изделия по способу действия. В то же время, каждый отдельный тип имеет собственные подвиды. Каждый человек, захотевший соорудить баню, может использовать один из нескольких видов теплообменников или эксплуатировать собственный. Новый вид оборудования появляется если владелец вносит малейшие изменения.

Теплообменник для банной печи своими руками

Емкости с жидкостью могут располагаться в разных помещениях (душевая, парная, чердак). Отдельные места установки имеют собственные достоинства и недостатки.

Рассмотрим первый случай – бак монтируется в парной. Таким образом можно достичь максимальной скорости нагрева воды за счет небольшой длины трубопровода. Недостатком подобного варианта является уменьшение пространства помещения, которое может иметь небольшие размеры.

Бак в душевой (самоварного типа) решает вопрос со свободным пространством. Небольшим недостатком выступает увеличенная протяженность труб, что влияет на скорость нагрева воды.

Оба варианта отличаются совместной проблемой, связанной со слабым напором воды. Парная комната имеет высоту не более 2 метров. Если прикрепить емкость на максимальную высоту, то расстояние от пола до выходного патрубка составит около 1,5 м. Это значить, что смонтировать привычный стационарный душ не является возможным. Единственный вариант применять гибкий шланг. Чтобы иметь нормальный напор воды, разница высоты не должна быть меньше 10 см.

Компенсация этого недостатка решается просто – вынос бака для воды на чердак (третий способ).

Такой вариант имеет собственные недостатки, связанные с большой протяженностью труб, что приводит к потере тепла. Бак обязательно должен утепляться. Помимо этого, проблема возникает с возобновлением объема воды. Не каждый захочет периодически носить ведра по лестнице, чтобы выносная емкость имела достаточный уровень воды, а проложить к нему водопровод не всегда возможно.

Из этой информации следует, что универсального расположения бака не существует. Каждый человек должен самостоятельно подбирать вариант, исходя из конструктивных особенностей постройки, климатической зоны и наличия инженерных коммуникаций.

По этому показателю устройства разделяются на две категории – монтируемые внутри печи или возле дымохода (отвод дыма должен осуществляться по металлической трубе). Эти варианты имеют свои особенности, но могут прекрасно существовать.

Внутренняя емкость позволяет осуществлять быстрый нагрев, благодаря близкому расположению к очагу тепла. Здесь имеются риски, связанные с закипанием воды. Кроме этого, произвести ремонт или замену теплообменника невозможно без разбора банной печи, что не очень удобно.

В процессе нагревания воды на стенках образуется накипь, которая снижает теплоотдачу. Каждый миллиметр отложения уменьшает возможность отдачи тепла на 10%, эффективность отдачи тепла со временем уменьшается. В зависимости от региона проживания, характеристики жидкости изменяются, что приводит к частым ремонтным работам оборудования.

Большой слой накипи может образовываться уже через 1 год активного пользования баней. Теплообменник можно очищать при помощи соляной кислоты, но такой подход требует строго соблюдения правил техники безопасности.

Теплообменник на трубу дымохода в баню не обладает недостатками, связанными с постоянным закипанием воды. Здесь температура нагрева не превышает 100 градусов. Этот параметр стал одновременно и недостатком, поскольку период нагрева увеличился в несколько раз. Теплообменник для бани на трубе позволяет его располагать непосредственно в помещении, при этом не используется полезное пространство.

Редко можно увидеть банный теплообменник, расположенный под камнями печи. Такой вариант нецелесообразно применять, ведь булыжники не набирают оптимальной температуры для образования пара. Ведь качественный, мелкодисперсный пар – то, ради чего строится баня.     

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.

теплообменник

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.

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.

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%.

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.

Высокая теплоотдача банных печей, повышенная интенсивность сгорания в них топлива активно используются для размещения в них устройств подогрева воды для проведения помывки.

Теплообменники для бань представляют собой полую герметичную емкость для воды, имеющую форму змеевика (регистра), размещаемую в топке, а также герметичного бака, размещенного на ее стенке или дымоходе.

Прибор нагрева воды циркуляционного типа соединяются системой трубопроводов с накопительным баком горячей воды.

Теплообменник для банной печи своими руками

Принцип работы приборов непрямого нагрева воды основывается на циркуляции жидкости в результате ее естественной конвекции.

Справка. Естественная конвекция жидкости возникает, когда низшие слои жидкости нагреваются и становятся легче, поднимаясь наверх, а тяжелые и холодные опускаются, занимая место нагретых.

На дымоходе (водяная рубашка)

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.

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.

Внешние агрегаты нагрева устанавливается на боковой стенке печки так, чтобы они не мешали пользованию печью.

Наружные, в том числе проточные (экономайзеры), устанавливаются непосредственно на трубу дымохода, опоясывая ее по кругу.

Недостатки

Основная сложность с теплообменниками для дымохода состоит в отсутствии адекватного регулирования мощности, нет хорошо отработанных способов прекратить нагрев теплоносителя или воды ГВС во время работы печки. Если просто перекрыть контур с водой, то остаток в теплообменнике может закипеть и разорвать дымоход и корпус устройства. Нужно полностью сливать жидкость.

Кое-как ограничивать мощность можно с помощью заслонок, но тогда пострадает тяга и отрегулированная работа самой печки. Обходной путь, фактически байпас, существенно усложняет конструкцию дымохода и делает его чрезмерно объемным.

Все сводится к простой идее. Не нужно мириться с потерей тепла, которое уходит в трубу. Но при установке теплообменника стоит учитывать, что он может играть лишь вторичные роли, как в отоплении, так и в горячем водоснабжении, существенно снижая нагрузку на основной источник тепла. При выборе актуальной модели необходимо тщательно подбирать мощность и режимы работы, чтобы не испортить условия эксплуатации самой печи.

Расчет мощности

Правильный выбор теплообменника должен учитывать показатели основного нагревательного прибора. Здесь учитываются объем и мощность печи для бани.

Чтобы подобрать оптимальное оборудование и комплектующее нужно учитывать такие правила:

  • банная печь отдает часть энергии теплообменнику. Не рационально применять большие емкости, чтобы можно было нагреть больший объем воды. Подобный подход может значительно снизить комфортность пребывания в парилке, увеличить расход топлива и создать неблагоприятный микроклимат. Бак с водой не должен забирать на себя больше 10% всей вырабатываемой энергии;
  • отопительные радиаторы и теплообменник между собой соединяются трубами. Если в бане не предусмотрено устройства водного насоса для поддержания правильной циркуляции, длина труб не должна превышать 3 метра. Здесь учитывается диаметр трубопроводов и рациональный уклон, который обеспечивает самотечность. Использование насоса дает возможность увеличивать длину трубопровода и не придерживаться уклонов;
  • важно создать баланс между быстрым и медленным нагревом жидкости в системе. Не допускать постоянного закипания воды. Если для теплообменника используется маленький бак, закипание произойдет через 2 часа и приведет к образованию большого количества некачественного пара. При монтаже объемного теплообменника, нагревание не будет происходить вовремя, и процесс затянется на несколько часов. Следует создать такие условия, чтобы вода была горячей через 2 часа после розжига банной печи.

Теперь поговорим об оптимальных размерах теплообменника. Он должен иметь запас мощности, что позволит поддерживать тепловой режим после затухания отопительного устройства. Безусловно, вода начинает остывать быстро, поэтому важно создать правильный агрегат, позволяющий как можно дольше поддерживать температуру.

Рассмотрим пример расчета мощности. Сначала нужно определить мощность оборудования, которое сможет обеспечить прогрева комнаты. Для примера будем оперировать 5 кВт, способными поддерживать микроклимат.

Теплообменник нужно брать с запасом. Принимаем его площадь 1 метр квадратный, способный работать при мощности 10 кВт.

Объяснение. Ведя расчеты нужно учитывать пропорцию – 10 кВт приравниваем к 1 квадратному метру. Чтобы учесть все потери тепла, проводится корректировка значений. Формула приобретает следующий вида – 1 м. кв. = 10 кВт – 3 кВт.

Используя такой подход, можно достичь нужной температуры помещения, растопи печь один или два раза.

При расчете площади теплообменника строгих рамок не существует. Исходить следует из полезной площади банного помещения или того места, которое он будет отапливать. При установке в парилке и использовании только для получения горячей воды можно установить и маломощную конструкцию.

Если теплообменник будет выноситься наружу и необходимо, чтобы он еще и обогревал помещение, то он должен обеспечивать 5 кВт на 1 квадрат полезной площади помещения. Если он рассчитан не на отопление, а на расход воды, то объем может варьироваться. Средний расход воды может быть до 50 кубических метров на человека. Однако с увеличением объема увеличивается и время нагрева.

При установке бака в печь необходимо помнить, что он не должен остужать камни. Поэтому он должен быть такого размера, чтобы не забирать все тепло от камней, а греться вместе с ними.

Самостоятельное изготовление теплообменников

Подходить к изготовлению теплообменника для банной печи своими руками следует ответственно. Выбирать его размеры и материал необходимо из расчета, какую функцию он будет выполнять в дальнейшем и где он будет установлен.

Внешний

Чтобы сделать змеевик на дымоход, используют медную трубку диаметром 10 мм. Длина ее будет зависеть от размеров трубы дымохода, но обычно хватает 2 м. На концы трубки надевают развальцованные переходники, через которые змеевик будет подсоединяться к трубам.

Можно своими руками сделать теплообменник самоварного типа длиной около 30 см (или немного меньше). Для этого потребуются:

  • две стальные трубы. Одна диаметром чуть больше дымохода, а вторая диаметром приблизительно на 10 см больше первой;
  • листовая сталь, из которой вырезаются крышки с отверстиями, равными диаметру меньшей трубы.

Необходимо сварить из всего этого цилиндрическую конструкцию. Крышки следует приваривать тщательно, чтобы не было зазоров. Получится емкость теплообменника. Внизу и вверху на боковой поверхности цилиндра надо проделать отверстия и приварить патрубки для подсоединения труб, по которым будет поступать и отводиться вода.

Перед установкой теплообменник надо обязательно проверить на герметичность.

Внутренний

Самостоятельно делают встроенные теплообменники для банных печей из стали. Используют для этого либо трубки, либо плоские стальные емкости (сталь марки 430 или 304). Хотя КПД плоского устройства меньше, но изготовить его проще, и прослужит он дольше.

Встраиваемые (или встроенные) теплообменники устанавливают во время кладки. Поэтому об их наличии надо позаботиться заранее, еще на этапе планировки. Патрубки выводить можно с разных сторон. Если нет опыта в сварочных работах, то лучше приобрести печь с уже встроенным в нее теплообменником или пригласить мастера, который все выполнит профессионально. Продаются также теплообменники отдельно, причем по вполне доступной цене.

Изготовление баков

Разновидностей баков для воды существует огромное множество. Это могут быть самые дешевые варианты из пластиковых емкостей или более дорогие из железа. Конечно, если делать качественный долговечный бак, то следует выбрать металл.

Рассмотрим вариант прямоугольного бака для установки в печь. Для этого необходим лист железа 0,5 мм или толще. Потребуются также патрубки, которые в дальнейшем будут привариваться к баку.

Далее размечаются контуры накопителя и вырезаются болгаркой. Срезы нужно делать как можно ровнее, соединить нарезанные листы следует сваркой. Патрубки привариваются сбоку, расстояние между ними должно быть максимальным. Это делается для того, чтобы холодная и горячая вода не смешивались сразу же. Так можно достичь существенной разницы температур. Устанавливать бак можно непосредственно в печь или располагать снаружи.

Монтаж труб

Фото 2

При подключении теплообменника банной печи трубы можно брать металлические, в том числе гибкие гофрированные, можно пластиковые – материал большой роли не играет. Пластиковые монтировать проще, металлические будут надежнее. Трубы следует подводить к патрубкам, которые привариваются к баку.

Пластиковые или металлические трубы нужно брать диаметром три четверти дюйма. Такой размер часто используется для отопления, поэтому идеально подходит и для теплообменника. Следует помнить: чем больше диаметр труб, тем лучше водяной поток будет впоследствии проходить.

При монтаже трубопроводов нужно максимально сокращать их длину, стараться уменьшать количество поворотов и изгибов. Это также пагубно сказывается на циркуляции воды.

Важно установить сливной кран. Он позволит сливать воду, например, на зимний период. Следует также предусмотреть вариант демонтажа элементов системы отопления для обслуживания. В трубах со временем будет накапливаться накипь, ее требуется периодически удалять.

Трубы нужно устанавливать под углом. По регламенту уклон должен быть не менее 4% от общей длины трубопровода (примерно это составляет 10°), что значительно ускоряет водный поток. Слишком большой уклон тоже делать не следует, он нужен только для циркуляции воды в системе. Такое устройство поможет в дальнейшем сливать воду.

Если бак внешний, то вода будет циркулировать за счет вертикальности труб. Также для циркуляции можно поставить насос. Он принудительно будет гонять воду по трубной системе, что удобно, когда бак находится на низкой высоте и вода не может двигаться по системе под собственным весом. Для насоса потребуются дополнительные доработки, подключение к электросети. Источник питания для него лучше вынести наружу, так как пар может вызывать короткое замыкание.

В целом же специалисты считают наилучшим такое устройство системы с теплообменником, в котором циркуляция осуществляется естественным путем.

Рекомендации по выбору

Достоинства и недостатки вариантов теплообменников:

  • Внутренний. Непосредственно контактирует с зоной горения, поэтому скорость нагрева теплоносителя высока. Однако, эффективность сгорания топлива в такой системе низкая, так как теплоноситель отнимает часть вырабатываемой энергии у топлива, что приводит к его перерасходу при прогревании парной. По расчетам, эффективность внутренних теплообменников не превышает 50%.
  • Внешний. Нагревается медленнее, чем змеевик из-за удаленности от источника тепла, однако, также отнимает тепло от стенки топливника, снижая эффективность системы. Недостатки схемы — размещенный на стенке печи бак требует постоянного добавления холодной воды из-за ее быстрого прогрева, а также возможную опасность ожога при прикосновении к баку.
  • Наружный. Повышает эффективность сгорания топлива в печи до 60% за счет охлаждения проходящих через дымоход горячих газов, что уменьшает время протапливания парной и количество требуемого топлива. Недостаток наружного варианта — необходимость добавления холодной воды при ее закипании в баке.
  • Наружный проточный (экономайзер). При использовании экономайзера вода в баке успевает прогреться до температуры, необходимой для помывки за время протапливания парной, что делает эту схему лучшим вариантом использования для бань.

Важно! При изготовлении теплообменника и накопительного резервуара выбор формы и размера лучше производить, сравнивая их с печами известных производителей сходной мощности, так как эти печи прошли необходимую проверку эффективности.

Комбинированные модели включают недостатки перечисленных вариантов и на сегодня не слишком популярны.

Разновидности

Фото 2. Наружный теплообменник, устанавливаемый на трубу банной печи. Устройство наполняется водой.

Фото 3. Наружный проточный теплообменник для печи, сделанный из меди. Устройство надевается на дымоход.

Фото 4. Наружный проточный теплообменник для банной печи. При помощи труб устройство соединяется с баком для воды.

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

Выводы и полезное видео по теме

Посмотрите видео, в котором демонстрируется процесс установки теплообменника для банной печи, изготовленного своими руками.

Несколько видеорекомендаций помогут лучше понять устройство и принцип работы самодельного теплообменника.

Как видите, для увеличения КПД печки в гараже, подсобке или бане можно не тратиться на дорогостоящие приборы, а сделать эффективное устройство своими руками. Для работы потребуются навыки работы с металлом и примерная схема сборки.

Предлагаем ознакомиться:  Можно ли беременным ходить в баню на ранних сроках, во втором и третьем триместре
Комментировать
0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector