Теплообменник в кирпичную трубу

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

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

Теплообменник: механика работы

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

Существующие модели

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

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

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

Свойства разных типов теплообменников

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

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

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

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

Требования

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

Теплообменник своими руками

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

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

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

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

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

Расчёт эффективной работы

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

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

Теплообменник в банях

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

Что нужно знать при монтаже теплообменника для горячей воды

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

Конструкция теплообменника для мансарды

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

Выводы

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

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

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

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

Теплообменником может служить обычный бак, вмещающий до 5 литров жидкости. Конструкцию можно легко сделать своими руками, имея навыков сварки. Внутрь монтируются патрубки. Такое устройство быстро нагревает воду и подает ее в другой бак или радиаторы. Очень удобно для обогрева помещения ил нагрева воды.

Разновидности

Теплообменники имеют разную форму и размеры. Выбор регистра зависит от особенности печи и необходимой тепловой мощи.

Каждая из конструкций, сделанная своими руками по индивидуальным эскизам уже будет уникальной и считаться одной из лучших. Выделяют две разновидности: внешние и внутренние. Их четкие характеристики описаны в следующей таблице:

Эффективность банной или отопительной печи можно повысить, оснастив ее водяным или воздушным теплообменником. Установка теплообменника на дымоходе позволит решить сразу две задачи: нагреть воду для отопительной системы или контура ГВС и выполнить теплоизоляцию дымохода.

Принцип работы

Дымовая труба металлической печки, установленной в бане, доме или гараже, при топке сильно нагревается. В зависимости от конструкции печи ее температура может быть от 200 до 500 градусов, что делает ее опасной в противопожарном плане, а случайное прикосновение к ней может вызвать сильный ожог.

Тепло от дымовой трубы можно использовать во благо, разместив на ней теплообменник: бак или змеевик. Теплоносителем в этом случае обычно выступает вода, а в некоторых случаях — воздух. При контакте теплоносителя с нагретыми стенками дымовой трубы их температура выравнивается: дымоход охлаждается, а вода или воздух в теплообменнике, напротив, нагреваются.

При нагреве теплая вода поднимается в верхнюю часть теплообменника, а оттуда по выходному штуцеру и трубе в систему или накопительный водяной бак. На место нагретой воды через входной штуцер поступает холодная. По мере нагрева циркуляция продолжается, в результате чего вода в накопителе способна нагреться до высокой температуры.

Воздушные теплообменники действуют по схожему принципу: снизу происходит забор холодного воздуха, после нагревания он поступает по трубопроводу в обогреваемые помещения. Так можно обогреть мансарду в дачном доме или комнату отдыха в бане, которые топятся периодически. Устройство водяного отопления в них невозможно, так как придется регулярно сливать и заливать в систему теплоноситель.

Бак с подключением водяного контура

Теплообменник в виде бака, расположенного вокруг дымохода, делают из нержавейки или оцинкованной жести. При этом следует учесть конструкцию печи. Если в ней предусмотрен режим дожигания дымовых газов, и температура дыма на выходе из печи не превышает 200 градусов, можно использовать любой материал для изготовления теплообменника.

В простых печах без дымооборота значение температуры дыма на выходе может достигать 500 градусов Цельсия. В этом случае необходимо использовать нержавейку, так как цинковое покрытие при сильном нагреве выделяет вредные вещества.

Чаще всего теплообменники такого типа устанавливают на банную печь и используют в качестве нагревателя воды для ГВС. Бачок оснащают штуцерами в верхней и нижней его части, к ним подключают трубы, выведенные в систему. Бак для горячей воды при этом устанавливают в душевой или парилке. Возможно использовать такую систему и для отопления подсобного помещения или гаража.

Изготовление бака: пошаговая инструкция и видео

Теплообменники для промышленных печей продаются в комплекте с некоторыми модификациями, при установке новой печки можно подобрать подходящую модель с уже готовым водяным контуром. Также можно сделать теплообменник на дымоход своими руками. Для его изготовления необходимы следующие материалы:

• отрезки трубы из нержавеющей стали разного диаметра с толщиной стенок 1,5-2 мм, листовая сталь;
• 2 штуцера на 1 дюйм или ¾ дюйма для подключения к системе;
• бак-накопитель из нержавейки или оцинкованной стали объемом от 50 до 100 литров;
• медные или стальные трубы или гибкая подводка для ГВС;
• шаровый вентиль для слива теплоносителя.

Последовательность изготовления для банной печи или буржуйки:

1. Работы начинают с подготовки чертежа. Размеры бака, устанавливаемого на дымоход, зависят от диаметра трубы и типа печи. Печи простой конструкции с прямым дымоходом отличаются высокой температурой дымовых газов на выходе, поэтому размеры теплообменника могут быть достаточно большими: до 0,5 м высотой.

1. Диаметр внутренних стенок бака должен обеспечивать плотную посадку теплообменника на дымовой патрубок. Диаметр внешних стенок бака может превышать диаметр внутренних в 1,5-2,5 раза. Такие размеры обеспечат быстрый прогрев и хорошую циркуляцию теплоносителя. Печи с низкой температурой дымовых газов лучше комплектовать баком, имеющим небольшие размеры, чтобы ускорит его прогрев и избежать образования конденсата и ухудшения тяги.
2. С помощью сварочного инвертора соединяют детали заготовки, следя за герметичностью швов. В нижней и верхней части бака приваривают штуцера для подачи и отбора воды.
3. Бак устанавливают на дымовой штуцер печи внатяг, промазывая соединительный шов жаропрочным силикатным герметиком. Сверху на бак-теплообменник аналогичным образом ставят переходник с неутепленной трубы на утепленную и выводят дымоход из помещения через потолок или стену.
4. Подключают теплообменник к системе и баку-накопителю. При этом выдерживают необходимый градус наклона: труба подачи холодной воды, подсоединяемая к нижнему штуцеру, должна иметь угол не менее 1-2 градусов относительно горизонтальной плоскости, трубу подачи нагретой воду подсоединяют к верхнему штуцеру и с уклоном не менее 30 градусов выводят к накопительной емкости. Накопитель должен располагаться выше уровня теплообменника.
5. В нижней точке системы устанавливают сливной кран. В бане его можно совместить с краном забора теплой воды для парилки.
6. Перед началом эксплуатации систему необходимо заполнить водой, в противном случае металл перегреется, и его поведет, что может привести к нарушению герметичности сварных швов и утечкам.
7. Подачу воды в бак-накопитель можно сделать как ручную, так и автоматическую с помощью поплавкового крана. При ручном заполнении рекомендуется вывести на его внешнюю стенку прозрачную трубку для контроля уровня воды в баке, чтобы не запустить систему на сухую.

Для хорошей циркуляции теплоносителя необходимо использовать трубы с диаметром не менее ¾ дюйма, а их общая протяженность до накопительного бака не должна превышать 3 метра!

Теплообменник-водонагреватель, сделанный своими руками, показан на видео.

Простая конструкция: змеевик

Установка бака-теплообменника на дымоход связана с проведением сварочных работ, что по силам далеко не каждому. Более простая конструкция — змеевик, обернутый в виде спирали вокруг дымовой трубы. Змеевик можно изготовить из медной или алюминиевой трубки — эти металлы легко гнутся, имеют высокую теплопроводность и не подвержены коррозии.

Диаметр трубки выбирают так, чтобы было удобно ее подключать к штуцерам водяного бака-накопителя. Для гибки удобнее трубы с диаметром не более 28 мм. Длина в любом случае не должна превышать 3 метров — это обязательное условие для естественной циркуляции теплоносителя. Для подключения нагревательного змеевика к баку используют гибкую подводку для горячей воды.

Такую конструкцию теплообменника можно использовать для получения горячей воды, реже — для отопления небольших помещений. Максимальная эффективность нагрева достигается, если установить змеевик на дымоход простой печи типа буржуйки с высокой температурой дымовых газов.

Змеевик на дымоход своими руками

Теплообменник из трубы обычно устанавливают на дымоход металлической печи, установленной в гараже или мастерской, для получения теплой воды или отопления. Возможна также установка змеевика на банную печь.

Необходимые материалы:

• труба из меди, алюминия или стали — около 3 метров;
• гибкая подводка для ГВС диаметром ¾ дюйма — 2 штуки необходимой длины;
• накопительный бак, оснащенный поплавковым краном для подачи воды и сливным краном для ее потребления;
• шаровый вентиль для слива системы.

Последовательность выполнения работ:

1. Самое сложное при выполнении такого теплообменника — согнуть трубу в виде спирали, не уменьшив ее сечения. Медные трубы диаметром меньше 28 мм можно согнуть с помощью трубогиба без нагрева. Стальные и алюминиевые, а также трубы большего диаметра перед формовкой необходимо разогреть паяльной лампой.
2. Также можно использовать такой способ: трубу заполняют сухим песком и плотно затыкают ее концы деревянными заглушками. Гнут трубу по шаблону — трубе, имеющей диаметр дымохода, после чего убирают заглушки и высыпают песок, трубу промывают под большим напором воды.
3. На концах трубы нарезают резьбу и устанавливают переходники для подключения к системе.
4. Трубу устанавливают на дымоход. Для улучшения теплопередачи можно произвести пайку змеевика на дымовую трубу оловом, предварительно обезжирив места пайки и удалив окислы ортофосфорной кислотой.
5. Бак вешают на стену или устанавливают на опору выше уровня размещения змеевика. Подключают нагреватель к бачку с помощью гибких шлангов. В нижней точке системы устанавливают сливной кран.

При использовании теплообменника-змеевика в закрытых системах отопления необходима установка циркуляционного насоса! Теплоноситель может закипеть, и при плохой циркуляции возможен гидроудар с разрушением элементов системы!

Видео: получение горячей воды от теплообменника-змеевика, установленного на дымоходе

Воздушный бак

Усовершенствовать обычную буржуйку или банную печь с прямым дымоходом можно, если установить на воздушный теплообменник на дымоход. Он представляет собой цилиндрический корпус, по которому проходят несколько полых труб. Подсос воздуха происходит снизу, нагреваясь в трубе, он выходит из теплообменника, увеличивая КПД печи на 15-20%. Воздуховоды можно вывести в соседнее помещение, обогрев таким образом от одной печи несколько комнат или секций гаража.

Видео: как сделать воздушный теплообменник на дымоход

Еще одна оригинальная конструкция печи с воздушным теплообменником на дымоходе для отопления гаража показана в видео-ролике. С помощью такой печки можно отопить не только гараж, но и любой хозяйственное помещение, включая сельскохозяйственные постройки и теплицы.

Из гофротрубы

Дешевый и простой способ устройства воздушного теплообменника — использование для этой цели гофрированных вентиляционных труб. Их оборачивают вокруг неутепленной части дымохода, в результате воздух в гофре прогревается и за счет тепловой конвекции поступает в соседние комнаты. Чтобы гофротруба прогревалась эффективнее, можно обернуть ее вместе с дымоходом несколькими слоями фольги.

Система с гофротрубой удобна для отопления гаража, в котором установлена простая буржуйка из чернового металла. Такая печь быстро нагревает воздух, но он поднимается к потолку, из-за чего на уровне пола температура остается низкой. Если вывести воздуховоды ближе к полу, можно создать естественную циркуляцию нагретого воздуха, и во всем объеме гаража температура станет примерно одинаковой.

Теплообменник колпакового типа

Теплообменники в виде колпака обычно используют для отопления мансарды или второго этажа. Принцип его действия заключается в том, что нагретый от дымохода воздух поднимается под потолок, где задерживается колпаком и, постепенно остывая, опускается вниз, в комнату.

Колпак можно выполнить или оцинкованного металла или огнестойкого гипсокартона и вывести воздуховоды в нужном месте. Иногда колпак декорируют камнями, которые, нагреваясь, служат дополнительным теплоаккумулятором.

Недостатки

Несмотря на множество плюсов, устройство нагревательного элемента на трубе дымохода имеет и недостатки. Один из них, наиболее важный — резкое снижение температуры дыма в месте установки теплообменника. Это может грозить ухудшением тяги и образованием конденсата, повышенным отложением сажи внутри трубы.

Кроме того, при подключении системы отопления, например, гаража нужно просчитать объем теплоносителя, чтобы избежать закипания воды и разрыва труб. Сварные швы должны быть полностью герметичными.

Любая конструкция теплообменника существенно увеличивает КПД печи. Для безотказной работы системы необходимо не реже двух раз в год проводить визуальный осмотр всех ее элементов, а при необходимости — своевременный ремонт, чистку от накипи, замену прокладок и другие необходимые работы по обслуживанию. В этом случае системы нагрева воды и отопления будут безотказно работать в течение долгого времени.

>