Любую систему домашнего отопления невозможно организовать без использования особого устройства – теплообменника, в котором происходит передача тепла от источника к теплоносителю. Большое количество различных видов подобных изделий, а так же вариантов организации процесса теплообмена не ограничивает возможности некоторых домашних умельцев в самостоятельном изготовлении теплообменников и использования их в своем домашнем хозяйстве.
В качестве источника тепла могут выступать различные среды – газы, жидкости и пар. Основная задача устройства – обеспечение оптимальной передачи тела от источника теплоносителю. В этом процессе особую роль играет такое свойство материалов, как теплопроводность. Различные вещества при равных прочих данных обладают различной способностью передавать тепло. В связи с этим, каждый материал может иметь те или иные ограничения использования при самостоятельном изготовлении теплообменных устройств.
Так, металлопластиковая или пластиковая трубы обладают теплопроводностью, в двести раз меньшей, чем стальная, которая в свою очередь проводит в 7,5 раза меньше тепла, чем медная. Это значительно влияет как на работу самого теплообменника, так и на его размеры. При равном диаметре и количестве передаваемого тепла понадобится около 3,5 метров медной, или 25 стальной или 4000 металлопластиковой трубы.
Кроме того, отличительной особенностью меди является ее высокая пластичность, что позволяет получать витую спираль из трубы и значительно сокращать пространство, занимаемое ею.
Применение подобных спиральных конструкций позволяет значительно минимизировать размеры устройства при максимальной их работоспособности.
Часто при проектировании и постройке устройства своими руками используется емкость различного объема, в которой устанавливается и закрепляется змеевик из трубок, выполненных из того или иного материала. При различных технологиях теплоноситель может перемещаться как внутри трубок, так и в емкости, то есть в межтрубном пространстве. Тот или иной принцип работы прибора зависит от источников тепла. Кроме этого, самодельный теплообменник может выполнять не только функцию обогревателя, но и холодильника.
Наиболее часто применение прибор в качестве нагревателя. Например, на приусадебном или дачном участке часто возникает необходимость получения подогретой воды, используемой для полива растений или организации работы летнего душа. При этом процесс хочется организовать c минимальными финансовыми затратами. Одним из лучших источников тепла в теплое время года может стать солнечная энергия. Для ее использования достаточно изготовить деревянный щит достаточно большого размера, окрасить его в темный цвет и закрепить на его поверхности несколько витков резиновых, пластмассовых или металлических трубок, присоединенных к системе водопровода.
Расположив основание конструкции под углом к поверхности земли, и сориентировав его рабочей плоскостью к солнцу можно без лишних затрат получить необходимое количество подогретой воды. Вместо использования покупных трубок возможно использование в качестве трубопровода для самодельного солнечного теплообменника емкостей, изготовленных из использованных пластиковых бутылок, отрезав у них дно и соединив их друг с другом.
Наиболее частым вариантом использования теплообменников является организация внутридомовой системы водяного отопления. Используя различные источники получения тепловой энергии, ее передают теплоносителю, перемещающемуся под давлением по трубопроводам. На этом принципе основана работа различных отопительных котлов, использующих энергию горения твердого топлива, природного газа или различных видов нефтепродуктов. Предлагаем вниманию читателей один из вариантов организации системы отопления с использованием трубного теплообменника, изготовленного своими руками из стальной трубы подходящего диаметра.
Самодельный теплообменник для печи
В качестве источника тепла используется небольшая печь с топкой, в непосредственной близости от которой монтируется стальная трубная конструкция, сваренная из деталей достаточного большого диаметра. Это связано с большим количеством получаемой тепловой энергии при работе печи и необходимостью максимально быстрой передачи ее теплоносителю.
После изготовления фундамента печи непосредственно в полость топки устанавливается и в процессе кладки крепится трубчатый элемент теплообменного устройства. На входной и выходной трубе выполнена резьба для монтажа устройства к системе теплопровода. В дальнейшем последовательно укладывая ряды кирпича необходимо постоянно контролировать положение элемента теплообменника.
После завершения изготовления печи необходимо присоединить самодельный теплообменник к системе отопления, заполнить ее водой и осуществить топку печи. В связи с высокими температурами в зоне горения особые требования при изготовлении предъявляются как качеству сварных швов, так и материалу, из которого изготовлены металлические трубы устройства.
Независимо от способа организации работы самодельного теплообменника одной из основных проблем, значительно влияющих на их работу, является коррозия материала, используемого для изготовления труб. Как правило, все металлические материалы имеют достаточно низкое сопротивление разрушению под действием активных сред. В связи с этим возникает необходимость защиты деталей теплообменника изнутри. Конечно, возможно применение синтетических материалов, но, как уже отмечалось выше, их теплопроводность очень далека от идеала. Одним из вероятностных решений данной проблемы может стать применение в качестве материала для труб алюминия, являющегося относительно коррозионностойким. Единственным ограничением его применения является уровень внутреннего давления системы. Оптимальным материалом являются стальные или медные трубы с внутренним напылением различных металлов, значительно повышающих их долговечность.
Уважаемые читатели, комментируйте статью, задавайте вопросы, подписывайтесь на новые публикации - нам интересно ваше мнение:)
Для обогрева жилых домов существует широкий ассортимент генераторов тепла, которые отличаются конструкцией и видами топлива. Если здание расположено вдали от крупных населенных пунктов или используется периодически, лучшим вариантом станет установка системы печного отопления.
Теплообменник для печи, применяемый в данной конструкции, обеспечит равномерный обогрев всего дома, а также предоставит необходимое количество горячей воды.
Специфика применения
Стандартное печное отопление подразумевает неравномерное распределение тепловой энергии – чем дальше от источника, тем холоднее. После подключения радиаторов и заливки воды, печи выступают аналогами твердотопливных котлов, обеспечивая нагрев теплоносителя, дымовых каналов и стенок. Подобная система во время топки позволит передать тепло от змеевика к радиаторам, а после угасания топлива будет использовать энергию нагретых стенок печи.
При монтаже теплообменника стоит учитывать то, что его установка уменьшит полезный объем топливного отсека и горючее придется добавлять намного чаще. Ликвидировать данную проблему поможет правильная проектировка водяного контура и его соотношение с размерами отопительной камеры. Хорошей альтернативой станет устройство печи длительного горения.
В подобном апгрейде системы отопления есть свои нюансы. Та энергия, что выделяется при сгорании дров, станет нагревать теплообменный узел и размещенную в нем рабочую жидкость, но стенки печи при этом не изменят своей температуры.
Нагреву подвергнется верхняя часть корпуса с дымовыми каналами. Если здание применяется для временного проживания, включение печи будет проводиться нерегулярно, и может привести к замерзанию жидкости внутри труб. С целью предотвращения аварийных ситуаций рекомендуется заменять воду антифризом.
Преимущества
Установка водяного контура в систему печного отопления позволяет повысить эффективность расходования топлива.
Энергия сгоревшего теплоносителя тратится на нагрев корпуса, дымовых каналов и стенок, а также обеспечивает высокую температуру циркулирующей по трубам воды.
Для владельцев недвижимости данный метод обеспечивает дополнительные преимущества:
- простота изготовления (кирпичные печи часто монтируются в жилых домах, и для качественного распределения энергии достаточно изготовить самодельный теплообменник, подключив его к отопительной системе здания);
- комбинированный обогрев за счет теплого воздуха из печи и горячей воды из батарей;
- разнообразие видов горючего (большинство котлов для отопления использует только один вид энергоносителя, который может быть дорогим и малоэффективным, а теплообменник кирпичной печи работает за счет любого твердого топлива);
- приятный внешний вид (проектирование загородного дома нередко происходит в национальном стиле, но монтаж теплообменных узлов не нарушает традиционного вида русской печи).
Конструкционные особенности
Если собственник здания имеет опыт кладки кирпича или печных работ, монтаж может быть произведен своими руками. Перед подключением водяной отопительной системы также понадобится изготовить теплообменный узел.
Несмотря на то, что строительный рынок предлагает большой выбор готовых конструкций, самостоятельное изготовление более выгодно. Собственноручная установка позволяет учесть все параметры данной конкретной печи, ее размещение и габариты топливного отсека.
Теплообменник из труб
Устройство системы печного отопления с водяным контуром подразумевает монтаж теплообменника в топливном отсеке печи и подключение к нему труб для подачи рабочей жидкости. Для отопительно-варочных печей и кухонных плит хорошо подойдут змеевики, сваренные из труб и размещенные в металлических емкостях. Их изготовление требует профессионализма, а очистка от продуктов горения достаточно трудоемка, но извилистая поверхность обеспечит быстрый нагрев.
Применяемые в конструкции 50-милиметровые трубы П-образной формы можно заменить отрезками профильных труб 40х60 мм. Это упростит работы по сварке и серьезно облегчит монтаж. Если печь не применяется для приготовления пищи, к верхней части теплообменного узла привариваются дополнительные трубки малого диаметра. Конструкция, улучшенная своими руками, будет отдавать намного больше тепла.
Устройства такого типа применяются в печах, предназначенных исключительно для обогрева помещения. Для их изготовления понадобится листовой металл толщиной в полсантиметра, отрезки прямоугольных труб 40х60 мм, а также круглые трубки того же диаметра для подвода воды к рабочей поверхности. Габариты теплообменников зависят от размеров печных отсеков для топлива.
Подобная система отопления может быть применена для отопительно-варочной печи или простой кухонной плиты. Для этого конструкцию необходимо смонтировать так, чтобы нагретые газы из топливной камеры двигались в направлении верхней полки регистра, обтекали ее и входили в дымовые каналы.
Альтернативным вариантом станет изготовление теплообменника без верхней полки, боковые стороны которого будут соединяться с круглыми или прямоугольными трубами.
Монтаж обогревательного устройства
Теплообменники для кирпичных печей могут быть сделаны своими руками из металла толщиной 2,5 мм. Основой конструкции станут две емкости – цилиндрическая верхняя и прямоугольная нижняя, связанные между собой с помощью труб. Сопряжение швов должно происходить с минимальным зазором, а диаметр труб – вычисляться, исходя из габаритов печи и площади обогреваемого помещения. После проверки точности расчетов и повторного измерения заготовок детали соединяются методом сварки.
Прочность готовой конструкции определяется после заваривания нижней трубы, заливки воды и соединения выходных отверстий с радиаторными емкостями. Когда монтаж завершен, необходимо заполнить систему сжатым воздухом, контролируя давление с помощью манометра. Качественно заваренные швы протекать не будут. В случае обнаружения протечек или других дефектов, проводится слив воды и герметизация проблемных мест. Важным параметром при монтаже станет общая длина труб – чем она меньше, тем лучше пройдет обогрев помещения.
Нюансы установки и эксплуатации
При монтаже тепловых узлов и их введении в эксплуатацию нужно следовать технологии установки и не допускать аварийных ситуаций. Высокая температура в отопительной камере предъявляет повышенные требования к качеству металла, рациональности теплообменного узла и качеству сварки. Знание нескольких простых правил поможет обеспечить длительное и надежное функционирование системы печного обогрева.
Несущие контуры теплообменников не должны крепиться к стенам с помощью неподвижных соединений. Температура, до которой нагреваются трубы, вызывает расширение металла, которое может привести к изменению их размеров.
Хорошим материалом для труб печного отопления станет медь. Применение данного металла обеспечит высокую теплопроводность конструкции и простоту изготовления змеевика за счет пластичности.
Сечение трубопроводов должно составлять не менее дюйма. При меньших величинах схема станет инерционной, а ток жидкости в ней серьезно замедлится. Рост теплопотерь в отопительных магистралях приведет к снижению коэффициента полезного действия – в помещении станет холоднее при таких же тратах топлива.
С помощью печи в бане можно решить сразу две задачи: обеспечить необходимую температуру в парной и нагреть воду в моечной. Нет необходимости устанавливать бойлер: воду нагреет теплообменник для печи. Разобравшись с его устройством и технологией изготовления, хорошему хозяину не составит труда соорудить печь с теплообменником своими руками.
Назначение и виды теплообменников для печи
Печи с теплообменником устроены таким образом, чтобы холодная вода поступала в специально предназначенную емкость, где она нагревается и по трубопроводу поступает в подвесной бачок в моечной.
Другой вариант использования нагретой воды – в качестве теплоносителя, когда она поступает в радиаторы отопления (так работают печи с теплообменником для дома). Если же подвесной бак установить непосредственно в моечной, он также будет выполнять роль радиатора, обогревая помещение.
Различают два вида теплообменников:
- внутренний – встраивается в боковую стенку печной камеры или имеет форму уложенного в нижней части печи змеевика, а в некоторых случаях представляет собой емкость в виде «рубашки» на внутренней поверхности топки;
- внешний – является частью дымохода или опоясывает его.
Теплообменник со штуцерами для соединения с системой: 1 – выпускной, 2 – впускной
В качестве теплоносителя в таких системах используется вода. Поступает она из подвесного бачка самотеком по трубопроводам благодаря естественной циркуляции: нагретая жидкость поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Может также использоваться циркуляционный насос. Элементы системы соединяются с помощью штуцеров: первый расположен сверху, второй – в нижней части теплообменника.
Печка с встроенным теплообменником, подвесным баком и системой трубопроводов
Большей эффективностью отличаются системы с естественной циркуляции теплоносителя. Важно, чтобы общая длина трубопроводов не превышала 3 м. Для этого бак следует устанавливать непосредственно в парной или сразу за стенкой. Диаметр трубы должен быть не менее дюйма: это способствует снижению сопротивления, благодаря чему система может работать без циркуляционного насоса.
Расчет площади теплообменника
Точно рассчитать теплообменник для кирпичной печи не представляется возможным из-за множества факторов, которые влияют на происходящие в системе процессы. Достаточно выполнить приблизительный расчет, чтобы изготовить конструкцию оптимальной конфигурации.
Например, для поддержания необходимой температуры в парной требуется 5 кВт: именно такой мощностью должна обладать печь с теплообменником. При этом известно, что 1 м² устройства обеспечивает во время работы топки около 9 кВт. Следует учитывать вид топлива, его калорийность, особенности конструкции печи, ее мощность и другие параметры.
Это важно знать: мощность котла снижается почти в 10 раз на заключительном этапе сжигания твердого топлива, поэтому площадь поверхности теплообменника должно быть рассчитано со значительным запасом. Это позволит дольше поддерживать на нужном уровне температуру в парной и помывочной.
Форма котла печи с теплообменником может быть разной. Чаще всего для его изготовления используют устойчивые к коррозии трубы из нержавеющей стали. Эффективны также устройства пластинчатого типа.
Как сделать теплообменник для печи своими руками
Материалом для изготовления простейшего устройства служат детали из нержавеющей стали или другой жаростойкой стали в виде цилиндров разного диаметра.
Конструкция простейшего теплообменника из нержавеющей стали
Максимальная толщина металла не регламентируется, а минимальная ограничивается 2,5 мм: более тонкий материал обладает меньшим сроком службы в условиях агрессивной среды. Важно, чтобы все сварные швы были выполнены с минимально возможными зазорами. Размеры деталей определяют после расчета параметров системы.
После выполнения сварочных работ конструкция проверяется на прочность по следующей методике:
- Заваривается нижняя труба либо на резьбу герметично накручивается заглушка.
- В емкость устройства заливается вода.
- С помощью насоса с манометром нагнетается давление.
- Осматриваются швы: если они герметичны – течи не будет, в противном случае проблемный участок обозначается маркером, а после слива воды повторно сваривается.
- Проводятся повторные испытания.
- Аналогично испытывается вся система.
Чем меньшей будет протяженность труб, тем легче добиться герметичности. Если бачок не планируется использовать в качестве радиатора для обогрева помещения, его следует «обшить» теплоизоляционным материалом.
Сложнее устроен теплообменник внешнего типа (устанавливается поверх дымохода). Для его изготовления необходимы специальные станки и приспособления (фрезерные станки, прессы и т.п.). Преимуществом такой конструкции является доступность для ремонта.
Основные правила монтажа и безопасной эксплуатации
Печь с теплообменником для дома или дачи должна эксплуатироваться с соблюдением следующих правил:
- крепление труб и самого устройства должно быть таким, чтобы конструкция не деформировалась в результате теплового расширения;
- количество отбираемого тепла не должно превышать 1/10 мощности самой печи (зависит от размера теплообменника);
- объем бака для воды следует подбирать так, чтобы через 2 часа поле начала топки вода была горячей (из-за небольшого объема бака помещение будет насыщенно паром, а в излишне большом она будет греться слишком долго);
- заливать холодную воду в разогретый в печи пустой теплообменник категорически воспрещается;
- в качестве уплотнителей для герметизации резьбовых соединений используются только термостойкие материалы;
- трубы в системе, работающей по принципу естественной циркуляции, должны иметь уклон (около 2-5 градусов) в сторону, соответствующую направлению подачи теплоносителя.
Печь с теплообменником для дачи или бани является универсальной: она будет греть и воздух, и воду для моечной. Изготовить необходимое для этого устройство собственноручно не представляет труда для тех, кто владеет техникой сваривания и слесарной обработки металлов.
Видео: конструкция теплообменника
Для того, чтобы печь могла использоваться, как источник тепла для системы водяного отопления дома, в ней должен быть обязательно установлен теплообменник, в котором циркулирует жидкий теплоноситель, чаще всего вода. Его еще называют печной котел или регистр. В этой статье мы рассмотрим, как изготовить такой теплообменник для печи своими руками и каким он может быть, в зависимости от вида самой печи и материала, используемого для его изготовления.
Из чего можно изготовить печной теплообменник
Для того, чтобы изготовить теплообменник для печи своими руками можно использовать листовую «черную» сталь толщиной 3-5 мм или стальные трубы (круглые или профильные) с такой же толщиной стенок и диаметром 30-50 мм. Как вариант, для этой цели может использоваться лист или трубы из нержавеющей стали или меди. Но, из-за высокой их стоимости, эти материалы при самостоятельном изготовлении печных котлов используются крайне редко.
Из листового металла такие регистры изготовить проще. Их легче чистить при эксплуатации. Но, как правило, они имеют меньшую площадь контакта с пламенем или горячими газами, так как в своем большинстве своем они являются сплошными и в теплообмене участвует только внутренняя их поверхность, обращенная к пламени.
Печные котлы из труб, при тех же габаритных размерах, как правило, имеют большую теплообменную площадь (хотя это зависит еще и от количества и от диаметра труб), так как позволяют пламени или горячим газам контактировать, практически, со всей их поверхностью. Но они более сложны в изготовлении. Особенно это касается конструкций, состоящих полностью из труб круглого сечения.
Если для изготовления теплообменника для печи с водяным контуром используются трубы, то лучше всего, если они будут бесшовными (цельнотянутыми). Если же используются шовные трубы, то швы придется дополнительно укреплять сварным швом и располагать с наружной стороны регистра (со стороны кирпичной кладки).
Очень часто при изготовлении печных котлов трубы и листовое железо комбинируют. Делается это для того, чтобы использовать их положительные качества: чтобы и изготавливать было проще, и теплообменная площадь была достаточной.
Каких видов могут быть самодельные печные теплообменники
Кроме, рассмотренных выше, конструкционных различий печных котлов, зависящих от выбранного материала для их изготовления, их конструкции могут отличаться и в зависимости от вида печи , для которой они собственно и предназначены. Такие печи могут быть отопительными или отопительно-варочными.
Конструкция теплообменника для отопительно-варочной печи отличается тем, что в верхней его части есть открытое пространство для доступа пламени к варочной плите. В регистрах же для отопительных печей верхняя часть, как правило, закрыта сплошным листом или рядами труб.
Форма и размеры печных котлов подбираются в соответствии с размерами и формой того места, где их предполагается установить (чаще всего это топливник печи), а также в зависимости от его необходимой тепловой мощности.
Конструкции котлов для отопительных печей с водяным контуром
Здесь мы рассмотрим три наиболее распространенные конструкции, выполненные отдельно из листового металла и труб, а также их комбинирования.
Вариант 1.
Теплообменник представляет собой сплошную П-образную конструкцию, сваренную из листового металла, предназначенную для расположения в топливнике отопительной печи. Теплообменной поверхностью являются его внутренние стенки.
Теплообменник из листового металла для отопительной печи
Вариант 2 .
Печной котел из труб. Холодная вода из системы подается через «обратку» в нижнюю U-образную трубу основания теплообменника (диаметром 40-50 мм и с толщиной стенки 3-4 мм), постепенно нагреваясь, она по Г-образным вертикальным трубам (такого же сечения, как и U-образное основание или меньше) поднимается вверх и попадает в верхнюю трубу-коллектор, а из нее, уже нагретой, в систему отопления дома. Такой регистр является более эффективным, чем изготовленный из листовой стали, но и более сложным в изготовлении, так как придется делать множество стыков труб между собой и сваривать их.
Печной регистр для отопительной печи из труб
Вариант 3.
Боковые поверхности этого регистра изготавливаются из листового металла толщиной 3-5 мм и представляют собой сплошные панели толщиной 40-45 мм, а верхней части они соединены между собой рядом горизонтальных труб диаметром 40-50 мм.
Использование труб вместо сплошной поверхности (как в варианте 1) позволяет увеличить площадь соприкосновения с нагревающей средой, а использование листового металла для боковых панелей, упрощает процесс изготовления, что немаловажно если вы решите его сделать своими руками.
Печной котел из листового металла и труб для отопительной печи
Печные котлы (регистры) для отопительно-варочных печей
Теплообменники для отопительно-варочных печей могут также быть изготовлены, как из листового железа, так и труб (круглых или профильных), а также при их комбинировании. Рассмотрим несколько вариантов.
Вариант 1.
Теплообменник для отопительно-варочной печи или кухонной плиты в виде двух сплошных боковых панелей из листового металла («книжка»), соединенных между собой.
Теплообменник для отопительно-варочной печи
Вариант 2.
Печной котел из труб круглого и прямоугольного сечения: круглые (диаметром 40-50х4 мм) расположены горизонтально и соединены в конструкцию с помощью прямоугольных 50-60х40х4 мм. Такая комбинация разных видов труб облегчает изготовление котла. Размеры а, б, в и г рассчитываются, в зависимости от размеров топливника и необходимой мощности регистра.
Теплообменник для отопительно-варочной печи из круглых и профильных труб
Вариант 3.
Теплообменный регистр только из круглых труб. Представляет собой два горизонтальных контура, соединенных вертикальными трубами. Холодная вода из системы подается в нижний контур, а нагретая с верхнего контура подается обратно в систему отопления.
Регистр для отопительно-варочной печи из труб
Как подобрать или рассчитать размеры печного котла
После того, как вы выбрали вид теплообменника, необходимо определиться с его размерами. С одной стороны его габариты должны соответствовать размеру места, куда он будет установлен.
Чаще всего теплообменники помещают в топливник печи, но иногда в дымовых каналах или камере бесканальной печи. При этом необходимо учесть, что между кирпичной кладкой и регистром должен быть зазор 0,5-1 см, учитывающий тепловое расширение металла.
Кроме этого, необходимо знать требуемую мощность печного теплообменника. Как ее определить?
Она зависит от тепловой мощности системы водяного отопления, необходимой для обогрева дома, которая в свою очередь зависит от теплоизоляционных свойств его наружных конструкций и максимальной отрицательной температуры наружного воздуха зимой. Упрощенно можно ориентироваться на средний показатель: 10-12 кВт на 100 м 2 площади дома.
Как же вычислить необходимую площадь печного котла, для обеспечения такой тепловой мощности? В среднем, принято считать, что для обеспечения тепловой мощности 5-10 кВт необходимо около 1 м 2 теплообменной поверхности котла. Величина этого показателя зависит от температуры горячих газов, соприкасающихся с теплообменником и температур воды (теплоносителя) на его выходе и входе, что в свою очередь, в значительной степени зависит от режима топки и вида топлива.
Полную мощность теплообменника можно вычислить по формуле:
Q=SQуд,
где: Qуд
– его удельная мощность, ккал/час;
S
– его полезная площадь (соприкосновения с нагревающей средой), м 2 .
Удельную мощность можно вычислить по формуле:
Qуд = k(T-t)S ,
где: k
=12 ккал/час на 1°С – коэффициент теплопередачи «газ-вода» через стальную поверхность;
Т
= (Tмакс+Tмин)/2 – средняя температура нагревающей среды (пламя, газы), °С;
t
= (tмакс+tмин)/2– средняя температура теплоносителя (вход+выход/2), °С.
Если печь будет работать периодически (около 2 часов) на дровах, то средние температуры среды и теплоносителя будут максимум: 500 и 70°С соответственно и с 1 м 2 теплообменника в этом случае можно будет получить максимум 6 кВт тепловой мощности.
Если печь будет работать на угле и постоянно, то средние максимальные средние показатели среды и теплоносителя могут быть: 800 и 70 °С соответственно. В этом случае с 1 м 2 площади печного котла можно будет снять около 10 кВт.
Если известна общая требуемая тепловая мощность котла и режим топки (а значит и удельная его мощность), то вполне можно определить, какую полезную площадь поверхности он должен иметь:
S =Q/Qуд, м 2 .
В зависимости от того из какого материала будет изготавливаться теплообменник, можно подсчитать, сколько потребуется труб или листового металла, чтобы обеспечить такую площадь соприкосновения с нагревающей средой. При этом в расчет берется только та поверхность, которая будет непосредственно контактировать с горячими газами или пламенем.
Например, если печной котел будет изготавливаться сплошным (только из листового металла), то в расчет следует принимать только внутреннюю его поверхность. Если же он будет изготавливаться из труб, то практически вся их поверхность будет участвовать в теплообмене (их длина х диаметр х 3,14). При комбинировании разных материалов, необходимо будет вычислять площадь соприкосновения с нагревающей средой каждого элемента отдельно, а потом суммировать.
Если необходимо увеличить тепловую мощность котла при тех же габаритных размерах, можно в его конструкцию добавить дополнительные элементы (например, трубы). Если же его мощность получается слишком большой, то можно уменьшить его длину. Другими словами: в каждом конкретном случае необходимо делать расчет и корректировку размеров регистра, привязывая их к размерам и конструкции самой печи, а также мощности системы водяного отопления дома, которую придется обеспечивать тепловой энергией.
Изготовление своими руками
После того, как подобран вид печного котла, материал и сделан расчет размеров можно приступать к его изготовлению своими руками. При этом необходимо обратить внимание на качество сварочных работ. Оно должно быть на высоком уровне, так как данный агрегат будет эксплуатироваться в достаточно агрессивной среде, а для того чтобы выполнить его ремонт, скорее всего, придется разбирать печь или ее часть. Поэтому, если вы не уверены в своих способностях сварщика, то лучше эту работу поручить опытному специалисту, предварительно заготовив все необходимые элементы конструкции.
После выполнения сварочных работ необходимо заполнить регистр водой, проверить нет ли протечек и выполнить его опрессовку при давлении, превышающем рабочее в системе отопления, как минимум, в 2 раза.
Когда в доме имеется печь, то не стоит торопиться ее разбирать. Ведь, установив в ней теплообменник, можно провести модернизацию оборудования и сделать отопительную систему более усовершенствованной. Как сделать теплообменник, да еще и своими руками для , будет интересно узнать всем домовладельцам, кто до сих пор использует печное отопление.
Функциональные особенности теплообменников
Прежде чем начать изготавливать теплообменник, следует понять характер выполняемой им функции в отопительной системе. Принцип работы этого приспособления реализован в устройствах , газовых и твердотопливных. Теплообменник представляет собой конструкцию из изогнутых труб, которые размещаются внутри отопительного оборудования и нагреваются при помощи источника энергии.
По трубам теплообменника проходит теплоноситель, например, вода, которая нагревается и отправляется в , на ее место поступает остывшая вода из батарей и снова нагревается. Таким образом, происходит . В качестве теплоносителя могут использоваться газы, тогда в качестве нагревательного элемента будет работать рекуператор. Однако в жилых домах такой аппарат используется крайне редко.
Установив в печь теплообменник, можно получить полноценную систему .
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.
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.
Расчет мощности
Очень сложно сделать идеальную , не зная мощности теплообменника. При расчете данного показателя следуют учесть следующие параметры:
- диаметр труб;
- длину нагревательного прибора;
- теплопроводность используемого металла;
- максимальную температуру горения топлива;
- скорость циркуляции жидкости.
Если установить данные исходные величины проблематично, можно воспользоваться усредненным расчетом, исходя из того, что для получения мощности в 1 кВт, понадобится метр трубы с радиусом не менее 2,5 сантиметров.
Конструкция и монтаж
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде регистра – решетки из гладко сваренных труб. Это наиболее распространенная конструкция. Однако ее можно упростить, сделав в виде бака, в форме цилиндра или прямоугольника. Основное условие – достаточная площадь для осуществления процесса обмена жидкости.
При изготовлении нагревательного элемента требуется соблюдение следующих правил:
- Во избежание закипания воды внутренний объем труб должен быть не менее 50 мм.
- Металл не должен прогорать, поэтому его рекомендуемая толщина составляет минимум 3 мм.
- При нагреве металл имеет способность расширяться, этот момент следует учесть, предусмотрев расстояние между стенами топки и нагревательным элементом.
Процесс установки нагревательного элемента состоит из нескольких простых действий:
- на дно топочной емкости печи уложить теплообменник;
- в печи предусмотреть отверстия для труб.
Преимущества теплообменника
Нагревательный элемент в системе отопления, установленный в печи, имеет свои преимущества. Среди основных плюсов можно выделить следующие:
- Простота изготовления и монтажа.
- В доме появляется комбинированное отопление, что дает возможность отапливать большие площади, а не только локально одно помещение.
- Возможность использовать разные виды топлива. Например, котлы ориентированы только на конкретный вид, а печь можно топить любыми твердыми энергоносителями.
- Печь придает интерьеру особый шарм и уют, а благодаря новой функции она будет приносить еще больше пользы.
Несмотря на очевидные преимущества, следует отметить, что в сравнении с котлами, сделанными в заводских условиях, КПД будет ниже, кроме того, отсутствует автоматический контроль температуры нагрева теплоносителя. Вместе с тем, стоимость заводских котлов не каждому по карману, а изготовление отопительной системы своими руками с использованием самодельного элемента нагревания под силу каждому.