Устройство системы
Теплообменники представлены в широком разнообразии, каждый из них имеет отличительные особенности, однако конструкции таких приборов, как и принцип работы, можно считать схожими. Если у вас есть желание выполнить теплообменник своими руками, то вы должны знать о его устройстве. В составе данного прибора имеется корпус, который обладает входным и выходным патрубками. Внутри располагается тормозное устройство, необходимое для дымовых газов. Наиболее часто эта система представляет собой заслонки с вырезами, которые располагаются на осях.
Составляющие поворачиваются в процессе работы, формируя зигзагообразный газоход, длина которого может быть разной. Регулировка положения заслонок позволяет выбрать, какова будет тяга в дымоотводящем канале, которая станет определять эффективность теплового обмена. При этом нормы безопасности эксплуатации прибора не будут нарушены.
Если вы хотите изготовить теплообменник своими руками, то можете выполнить и более простое устройство, которое не имеет регулируемых заслонок. Описываемое дополнение может быть установлено, в том числе, в печь Булерьян. При этом холодные воздушные массы сквозь отверстия, расположенные в нижней части устройства, будут поступать во внутреннее пространство конструкции. Воздух станет нагреваться от продуктов сгорания, которые проходят по дымоходу. После этого уже подогретый горячий воздух станет выходить наружу.
Использование данного устройства позволяет повысить КПД, уменьшив объем потребляемого топлива. Как показывает практика, расход топлива у печи-буржуйки, которая снабжена на дымоходе теплообменником, уменьшается в 3 раза. Однако если вы хотите добиться такого эффекта, то следует правильно произвести расчет теплообменника и подобрать устройство.
Теплообменник для зимней палатки своими руками
Сделать теплообменник для палатки своими руками не составит особого труда. Затраты на металл будут минимальными, самоделка окажется более выгодной, чем ее заводские аналоги. При изготовлении самоделки не требуется какая-то фантастическая точность в соблюдении габаритов – это не двухконтурный котел, а простейший самодельный теплообменник в палатку для отдыха и рыбалки в холодных зимних условиях.
Делать теплообменник для зимней палатки лучше всего из нержавеющей стали и алюминиевых трубок. Если нет ни того, ни другого, найдите любую тонкостенную металлическую трубу диаметром около 20 мм и листовое железо толщиной 1 мм. Также вам потребуется сварочный аппарат и дрель со сверлом по металлу подходящего диаметра. Сборка не займет у вас много времени, с монтажом можно справиться буквально за день.
Все размеры носят скорее рекомендательный характер, вы вполне можете что-то изменить специально для ваших нужд.
Подготовка теплообменных труб
Первая наша задача – соорудить непосредственно сам теплообменник по образу и подобию его жаротрубнного собрата. Для этого необходимо взять два прямоугольных отреза листового металла и наметить в нем отверстия под теплообменные трубки. Рекомендуем сделать три ряда в шахматном порядке – пять трубочек в верхнем и нижнем рядах, четыре трубки в среднем ряду. Самая сложная задача заключается в том, чтобы приварить трубки с двух сторон к двум листам металла.
Сборка корпуса
Далее собираем корпус из еще четырех отрезков. В верхней части делаем отверстие под дымоход. Его необходимо продумать так, чтобы дымоход легко снимался. Привариваем верхнюю крышку к нашему теплообменнику, по бокам привариваем боковые крышки. Пробовать обогревать зимнюю палатку еще рано – нужно сделать ножки.
Лучше всего, если ножки будут складными, но можно обойтись и без этого. Сделайте их из тонких металлических стержней (проволоки), отмеряя их длину не забудьте учесть высоту используемой плитки/горелки. Соответственно, нижняя часть нашего теплообменника для зимней палатки несплошная – здесь располагается вырез, в котором виднеются внутренние трубки. Именно через этот вырез пламя и жар будут проникать внутрь нашего агрегата.
Работа с электрической частью
Для работы теплообменника для зимней палатки потребуется хороший вентилятор. Мы рекомендуем взять производительный кулер диаметром 120 мм от стационарного компьютера. Такие кулеры обладают хорошей пропускной способностью и минимальным уровнем шума. Привариваем к задней части нашего теплообменника подходящий крепеж, прикручиваем вентилятор, припаиваем длинные проводники для подключения к аккумулятору (подойдет ШВВП 2х0,75).
Теперь все готово для запуска теплообменника. Размещаем его в зимней палатке, подсоединяем дымоход и выводим его наружу, снизу размещаем печку/горелку. Подключаем газовый баллон, поджигаем газ, включаем кулер и ждем разогрева. Пока не обгорит металл, возможен неприятный запах. Через 10-15 минут наш агрегат выйдет на рабочий режим – отрегулируйте температуру воздуха путем регулировки печки/горелки.
Купить готовый теплообменник для зимней палатки или собрать самоделку – решать вам. Но самодельное решение более дешевое, а по надежности оно не уступает фабричным аналогам.
Как собрать теплообменник своими руками
В данной статье поговорим о теплообменнике, какие виды существуют, в каких сферах применяются и, конечно, расскажем как собрать теплообменник своими руками.
Конструкция теплообменника — это два соединенных теплоносителя (горячий и холодный), между ними происходит постоянная передача тепла (к холодному от горячего и наоборот). В качестве теплоносителя внутреннего используется жидкость, пар или газ. Состав у внутреннего теплоносителя теплообменника разделяется на виды. По принципу передачи тепла, делятся на виды: поверхностные и смесительные.
Главная задача теплообменника – нагревание или охлаждение носителя при помощи второго, при этом температура его самого должна оставаться неизменной.
Применяется он практически во всех сферах промышленности (от технологической до энергетической), в коммунальном и бытовом хозяйстве. В промышленности находят применение громоздкие, тяжелые и сложные агрегаты. По принципу работы они не отличаются от привычных.
Их сложное устройство и большие размеры объясняются тем, что на них возложен больший объем работ
Чтобы понять насколько важно и нужно существование данного аппарата в жизни, приведем пример: молоко, потребляемое многими из нас, пастеризуют при помощи теплообменников
Теплообменник в быту встречаются повсеместно.
Даже банальный полотенцесушитель, находящийся в доме, относится к теплообменникам. Он принадлежит к смесительному виду. Первый теплоноситель (бойлер или котельная центрального отопления, в зависимости от подключения), второй – сам полотенцесушитель.
Между ними циркулирует вода. От первого поступает горячая, постепенно смешивается с холодной и в результате нагревает ее до своей температуры. Элементарные действия, сушка для полотенец относится к самым простейшим представителям сего устройства.
Как изготовить самодельный теплообменник
Регистр из нескольких труб
Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.
Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.
Материалы для изготовления
Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи
Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.
Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.
Если предполагается топить печь углём, лучше установить теплообменник из чугуна. Этот металл более крепкий, и стенки устройства долго не будут прогорать.
Расчет мощности теплообменника
Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.
При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.
Можно взять для примера какую-либо известную модель котла и в соответствии с его параметрами изготовить свой самодельный теплообменник.
Особенности конструкции
Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.
При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:
- ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
- толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
- зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.
Особенности монтажа
Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки
Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.
- На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
- При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
- После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.
Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:
До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления
Обратим внимание и на другие сферы их применения
Принцип работы
Давно известно, что почти на всей территории стран СНГ, температура в грунте на глубине 2 метров остается неизменной, а именно – около 10°C. Меняется она в зависимости от региона, но колебания обычно не превышают + — 2°C. Установка воздушных теплообменников подразумевает получение этой бесплатной энергии. За счет неизменной температуры конструкция прогревает помещения в холодное время года, а в жаркое – остужает. Грунтовая приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает циркуляцию воздуха в помещении, также позволяет сохранить часть тепла, поступающего от обогревающего элемента. Обычно грунтовой теплообменникустанавливается вместе с рекуператором.
Рекуператор – это теплообменная система вентиляции. В ней холодный внешний воздух нагревается счет вытяжного теплого. В конструкции присутствует нагревающее устройство, вентиляторы, фильтры и трубопровод.
Эта схема позволяет получить уже подогретый свежий воздух из грунта, как результат – рекуператор затрачивает меньше энергии. Воздушная грунтовая система позволяет не только сохранить электроэнергию, но и сохранить конструкцию в рекуператоре в рабочем состоянии. В трубопроводе не будет замерзания конденсата, так как воздух подается всегда одной температуры. Подобная проблема обычно случается при использовании только рекуператора, когда в него идет морозный воздух.
Климат стран СНГ позволяет обеспечить теплообмен, величина охлаждения или подогрева в котором может колебаться от 5 до 20°C. Эффективность зависит от разницы между температурой грунта и внешним воздухом, чем она больше – тем сильнее теплообмен. Поэтому грунтовая система эффективна летом и зимой. В жару охлаждение осуществляется с 30°C до 20°C. В морозы подогрев происходит от -20°C до 0°C.
Весной и осенью температура воздуха в помещении чаще всего совпадает с температурой почвы. Поэтому теплообменник почти не влияет на микроклимат в доме. Но иногда грунтовая система может не только бездействовать, но и работать в отрицательном значении. К примеру, воздух в комнате имеет температуру около 12°C, а теплообменник охлаждает его до 8°C. В общем, использовать в межсезонье энергию грунта нет смысла. Изготавливая грунтовой теплообменник своими руками, нужно продумать способ отключения системы, чтобы свежий воздух шел с улицы, минуя теплообменник.
Методика проведения работ
Для того чтобы работа теплообменника оказалась эффективной, первоначально необходимо ознакомиться с его устройством, данная информация была представлена выше. Только после можно начинать работу по изготовлению. Первоначально следует заняться торцевыми заглушками, для того следует использовать листовой металл, из которого вырезаются 150- миллиметровые окружности в количестве 2 штук. На них следует разметить отверстия для установки труб.
В центральной части каждого элемента будет располагаться большая 57-миллиметровая труба. Отступив одинаковые расстояния от нее, по кругу необходимо будет расположить 8 элементов, диаметр каждого из которых составит 32 миллиметра. От центральной части заглушки до центра каждой из этих труб должно оставаться 100 миллиметров.
Установка банной печи с теплообменником
- Монтаж печи выполняется на предварительно углубленный в грунт (на 40 см) фундамент. Сооруженная основа не должна выступать над уровнем пола.
- Вокруг печки возводится кладка из кирпича с применением глиняного раствора.
- Теплообменник для печи устанавливается в смежном с парилкой помещении.
- В стене бани выполняется отверстие для вывода топки.
- В систему заливается вода, которая через трубы, обмотанные теплоизоляцией, подается в накопительный резервуар.
- Устанавливается труба дымохода, верхний конец которой проходит через отверстие в потолке и прикрепленному к нему металлическому листу.
- Производится тщательная герметизация отверстия и всех стыков.
Принцип работы теплообменника
После растопки печи, вода в теплообменнике будет нагреваться. По мере повышения температуры жидкость медленно продвигается вверх по трубе. Из нижнего патрубка холодная вода попадает в теплообменник, нагревается и перемещается обратно в бак.
Категорически запрещено запускать в работу прибор «всухую», в противном случае он потеряет герметику и станет протекать. Избегать надо и использования в парилке пластиковых труб, так как при нагревании они выделяют токсичные испарения.
Отдельная разновидность теплообменников для печи применима для бани в качестве элемента дымохода. Расход тепла от сгорания топлива в таких приборах происходит более рационально. Основную тепловую энергию, которая идет для нагрева парилки, теплообменник, встроенный в печь, поглощает от топки печи. А вот устройство самоварного типа (то есть на трубе), чтобы нагреть воду использует тепло дымоходной трубы. В результате его эффективность высока.
Чтобы понять, как работает устройство, представьте себе бутылку с горячей водой, погруженную в холодную воду. Бутылка охлаждается, а вода наоборот, нагревается. По такому же принципу работает и теплообменник.
Простыми словами, это проложенный в бочке, свернутый отрезок трубы с двумя выходами, который нагревает или охлаждает жидкость. В качестве трубы подойдет медная отожженная труба. Она просто сгибается и к ней легко присоединяется резьбовая футорка.
Теплообменник для печи своими руками можно сделать по принципу водяной рубашки, когда обмен теплом осуществляется между вложенными друг в друга емкостями. Но такой тип устройства не специалисту в этом деле изготовить очень сложно.
В качестве деталей для теплообменника также может подойти старый полотенцесушитель или радиатор (возможно даже автомобильный), змеевик, регистр, коллектор или металлический бак. Газовые водонагревательные колонки б/у также годятся для этого. Выбор материалов для изготовления устройства зависит от возлагаемых на него обязанностей в дальнейшем.
Наиболее долговечный материал для теплообменника – это пищевая нержавеющая сталь. Она способна выдерживать высокие температуры, при этом ее характеристики остаются прежними. Цинк, например, при 200°С испаряется, а при более высокой температуре, становится опасным для здоровья из-за своих испарений. Поэтому теплообменники с оцинкованными профилями должны находиться под вашим наблюдением.
Конструкция теплообменников предполагает их изготовление как из листовой стали, так и из труб. Вторые, в свою очередь, имеют большую площадь нагрева. Теплообменник из труб чаще всего применяют в плитах, их размещают под варочной поверхностью. А в отопительных печах целесообразно устанавливать приборы из листовой стали, толщиной от 3 до 5 мм. Их длина индивидуальна и зависит от габаритов топливного отделения печи.
В чем польза теплообменников:
- Благодаря использованию теплообменника, бак для горячей воды можно устанавливать подальше от печи.
- Устройство обеспечивает быстрый нагрев жидкости и всей системы.
- Теплообменник можно применять не только для работы в банной печи, но и в других отопительных и нагревательных оборудованиях.
- Легко монтировать и демонтировать прибор.
- При условии, что сварные швы теплообменника прочны и герметичны, он способен работать долго и надежно.
- Теплообменник образует пар, нагревает воду, воздух в двух или трех помещениях.
- Простой уход за прибором.
- Высокий коэффициент полезного действия.
- Можно устанавливать в любой бане.
- Компактные размеры позволяют значительно экономить место.
- Высокая мощность прибора и его быстрый нагрев.
- Деформации при нагревании исключены.
Подбор материала
Следует сразу отметить, что в домашних условиях создать теплообменник как на заводе практически невозможно. Вместе с тем, самодельная конструкция по функционалу не будет уступать созданной на предприятии.
Можно придать любую форму конструкции, но наиболее популярными вариантами является система, выполненная из нескольких металлических труб в виде решетки или пластин
В связи с тем, что температура горения достаточно высокая, тем более когда в качестве топлива используется уголь, следует особое внимание уделить выбору материала, а также уровню качества швов сварки. Кроме того, важную роль имеет тип металла, поскольку у каждого своя теплопроводность. Если взять медную трубу, то она в 7 раз будет превышать коэффициент теплопроводности, чем аналогичная труба, изготовленная из стали
При идентичном диаметре и объеме передаваемого тепла достаточно 3,5 метра медной трубы, при этих же параметрах стальной понадобится 27 метров
Если взять медную трубу, то она в 7 раз будет превышать коэффициент теплопроводности, чем аналогичная труба, изготовленная из стали. При идентичном диаметре и объеме передаваемого тепла достаточно 3,5 метра медной трубы, при этих же параметрах стальной понадобится 27 метров.
Нагревательные элементы из меди самые дорогие, но эффективные. Если нет возможности потратиться на приобретение таких материалов, можно приобрести стальные трубы, но при этом их диаметр должен быть не менее 3,5 сантиметров.
Для справки! В том случае, если в качестве топлива будет использоваться уголь, то наиболее рациональным вариантом будет установка теплообменника из чугуна. Это самый прочный и теплоустойчивый металл. Кроме того, в качестве нагревательного элемента можно использовать старые чугунные батареи.
Что такое теплообменник
Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от нагретого предмета к более холодному. Для бани возможны разные конструкции, но принцип их действия всегда один — в печи нагревается некоторое (небольшое) количество воды, которое проходит цикл естественной циркуляции — горячая вода поднимается вверх, отдает тепло и снова возвращается в участок петли, расположенный внутри (или снаружи) печи.
Варианты теплообменников
Трубопровод входит в емкость большего размера, где находится холодная вода. Отдавая тепловую энергию, циркулирующая жидкость нагревает воду и подготавливает ее для использования в ходе банных процедур.
В сети есть источники, утверждающие, что обычный бак с водой также является теплообменником. Однако он не может входить в группу подобных устройств по определению — прямой нагрев воды в емкости не является процессом теплообмена в том смысле, что источником тепла является посторонний процесс.
Использование теплообменника дает немалый эффект не только в отношении экономии топлива, но и в плане долговечности. Большой бак с водой способен служить сравнительно недолго — постоянный контакт с пламенем быстро старит металл и выводит емкость из строя.
Использование теплообменника дает немалый эффект
Особенности устройства теплообменника газового котла
Одно из важнейших мест в отопительной схеме занимает устройство теплообменника газового котла. Но далеко не все потребители знают, в чем состоит его функция.
Между тем, именно от этого компонента, а также от правильности его встраивания в отопительную цепь, во многом зависит эффективность работы всей системы.
Функциональное назначение в газовом котле
Основное назначение любого обменника тепла — это, во-первых, передача тепловой энергии от источника нагревания (чаще всего, от газовой горелки) к теплоносителю (как правило, воде в замкнутом или незамкнутом контуре) и, во-вторых, передача тепла от одного теплоносителя, разогретого до нужной температуры, к другому, холодному, теплоносителю.
По способу передачи тепловой энергии от источника тепла к технической жидкости различают 3 основных вида термообменников.
При участии первичного, состоящего из медных трубок и пластин, осуществляется передача тепла от сгорающего в горелке газа к жидкому теплоносителю. Используется в основном в контуре отопления помещений.
Вторичный обменник передает тепло от нагретого (в первичном термобменнике) носителя непосредственно к нагреваемой среде. Представляет собой пластинчатое устройство, предназначенное для подогрева воды из водопроводной системы дома.
Третий вид обменника тепла — совмещенный битермический, осуществляет двойной обмен теплоносителей. Чаще всего на практике применяются двухконтурные (с первичным и вторичным обменниками тепла) котлы, реже — одноконтурное (только с первичным термообменником) отопительное оборудование.
Принцип работы первичного и вторичного устройств в двухконтурном отопительном котле
В схеме двухконтурного котла первичный теплообменник «отвечает» за работу отопительного контура (рис.1).
Указанный обменник (5) получает тепло от горелки (1). Благодаря трехходовому перепускному клапану (3) нагретая вода, циркулирующая в системе за счет гидропомпы (2), не попадает во вторичный теплообменник, а направляется исключительно по отопительному контуру (А). Жидкость, остывшая в процессе отдачи тепла помещениям, возвращается в нагревательный котел по обратной линии (D).
Вторичный обменник тепловой энергии включается в циркуляцию нагретой воды в том случае, если нагретая жидкость или перенаправляется в систему горячего водоснабжения (ГВС) с одновременным отключением отопительного контура, или проходит одновременно по системам отопления и ГВС. В первом случае (рис.2) клапан (3), перекрыв отопительный контур (А), пускает течение воды от первичного теплообменника к вторичному устройству (4).
Внутри данного термообменника проходит трубопровод, по которому в нагреватель поступает холодная вода из общей водопроводной сети (С). Проходя через толщу жидкости, разогретой до заданной температуры, холодная вода, в свою очередь, нагревается и в таком виде попадает уже в систему горячего водоснабжения (В).
Некоторые моменты профилактики
Для качественной работы двухконтурного котла надо обеспечить следующее:
- На входе в котел трубопровода холодного водоснабжения следует устанавливать фильтр, препятствующий загрязнению теплообменника.
- Чтобы замедлить образование накипи в трубопроводе, надо отрегулировать нагрев воды в ГВС не выше 45-50°С.
- Выполнять капитальную очистку теплообменников раз в 3-7 лет. Если вода слишком жесткая, чистить устройство не реже одного раза в 3 года.
Если эти требования будут соблюдены, потребитель может рассчитывать на долгую и надежную работу оборудования.
