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.
Для чего нужен теплообменник?
Нужно разделять, что для теплообменников различают два вида конструкции. Например, водяной контур считается внутренним, так как устанавливается непосредственно на котел. А вот второй тип – внешний, предназначен для установки на дымоходе.
Абсолютно все виды этих приспособлений должны заполняться жидкостью. То есть в обычном понимании – это своеобразный бак, который может быть размещен на дымоходе, к нему подведены трубы, по которым после горячая вода попадает в радиаторы или баки. Получается, что даже тепловая энергия от выходящих газов сохраняется и дает пользу. Тем самым происходит полный процесс с безотходным циклом. Съем тепла трубы дымохода, как уже говорилось, происходит при помощи подведенных труб, одна поставляет холодную воду, а другая ведет к баку или батареи уже горячую, нагретую воду.
Для банной печи
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.
Какие бывают теплообменники
В зависимости от того, какой теплоноситель используется в данной цепи, различают:
- Воздушный;
- Водяной.
Водяные намного эффективней, учитывая, что коэффициент теплопередачи выше.
Водяной теплообменник с баком
В том случае, когда речь идет об установке теплообменника на трубу дымохода в баню или дом, и она выводится наружу, то стоит выбирать первый тип – воздушный. Потому как монтаж полноценной системы с водяной теплопередачей, будет сопровождаться определенными трудностями в конструктивных решениях. Воздушный теплообменник на дымоход идеальное решение для самостоятельной установки, серьезных навыков от вас не потребуется.
Учитывая характер работы, использовать лучше материалы из медной трубки для отопления. Можно установить полноценный змеевик на дымоход, в таком случае теплообменник на дымоход самостоятельно, своими руками удастся сделать в кратчайшие сроки, без дополнительной пайки или сварки трубы.
Воздушный теплообменник
Кстати, если вы планируете использовать эту энергию не для отопления дома, а в качестве бойлера, то есть использовать воду для мытья посуды, купания и прочие, то лучше установить для бани, сауны бак накопительный.
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.
Расчеты мощности
Все расчеты всегда будут примерными, в каждом отдельном случае сложно определить ту мощность, которая потребуется для обогрева комнаты, парной и тому подобное.
Принято считать, что не более 5 кВт достаточно для того, чтобы обогреть обычное банное помещение. К примеру, 1 кв. м. теплообменника (его площади), равен 9 кВт печи. Учитывайте, что мощность значительно сократиться, после затухания печи или котла, поэтому расчет нужно делать по поверхности теплообменника печи. Поэтому при расчете старайтесь учитывать максимальную площадь теплообменника, чтобы обеспечить достаточную температуру даже при одноразовой топке.
Форма в таком случае практически не играет роли, она может быть самой разной, как вам заблагорассудится. Наиболее оптимальным считается регистр из нержавеющих труб, но постепенно его место занимает сваренный коллектор из двух швеллеров. Теплосъемник такой формы считается менее производимым, но для его установки и монтажа не понадобиться много материала.
Также не забывайте учитывать тип самого дымохода, на кирпичных дымоходах обустроить качественный теплообменник достаточно сложно, в отличие от металлических каналов. Поэтому отдавая предпочтение самостоятельной работе, исходите из удобства.
Принцип работы
При топке любого вида топлива, особенно в котлах изготовленных самостоятельно, температура выходящих газов может достигать более 600 градусов. Для того чтобы сохранять постоянную тягу, такие высокие температуры просто не нужны, они наоборот будут только ухудшать обогрев. Поэтому нет ничего плохого, если владелец заберет часть тепла, при этом никакого ущерба для работы печи не будет. К примеру, на выходе образовалось 600 градусов, забираем «двести», остается 400, которых вполне достаточно для надежного дымоотделения. В таком случае, 200 градусов смогут дать нам не менее пары киловатт.
Задача состоит в том, чтобы обеспечивать постоянный и активный теплообмен между излишне нагретыми газами и средой, в данном случае – это вода либо воздух. Ключевой считается площадь контакта. Например, некоторые размещают змеевик внутри самого дымохода, данное решение не выгодно, хотя бы с той точки зрения, что канал будет постоянно засоряться. Даже любое препятствие на пути будет влиять на силу тяги.
Принцип работы и конструкция сочетает три основных типажа монтажа теплосъемника на дымоход:
- Змеевик.
- Водяная «рубашка». Это своеобразный цилиндр, который надевается на трубу и заполняется водой. Запомните важный нюанс, не стоит делать одну общую зону для заполнения, лучше провести через цилиндр несколько меньших по диаметру каналов.
- Тормоза. Выходящий канал формируется в виде лабиринта, то есть того же самого змеевика, когда потоки замедляются и соответственно теплопередача усиливается.
Два первых вида отлично подходят для формирования водяного контура, организации системы отопления. А вот, третий тип отлично справится с локальным обогревом.
У каждого теплообменника есть свои особенности, их обязательно нужно учитывать. К примеру, если используется вода для нагрева, то помните, что возникает излишне чрезмерный теплообмен. Когда печь сильно растоплена, поставка холодной воды вызывает резкое снижение, тем самым стенки самого канала охлаждаются, что приводит к образованию влаги. Происходит скорое заполнение пространства гарью и сажей.
Для обеспечения нормальных характеристик теплообменника на дымоходе, нужно:
- Оснащать контур отдельными теплоаккумулирующими баками, тем самым, исключая прямую передачу холодной воды.
- Изготавливайте конструкцию простую, для её быстрого съема и прочистки.
- Рассчитывайте площадь таким образом, чтобы в итоге, после теплообменника, температура была достаточной для поддержания допустимой тяги.
Использовать из материалов лучше «нержавейку», она способна переносить перепады температуры. Кстати, учитывайте, что внутренняя сторона теплообменника, должна быть обязательно гладкой.
Правильный выбор материала
Лучше всего применять теплообменник из нержавеющей стали. Даже под воздействием больших температур физические характеристики металла остаются стабильными. Вот почему сварные швы кажутся достаточно крепкими, а при взаимодействии с кислородом формируют защитную пленку. Она стойко переносит кислотную среду. Говоря о применении цинка, при достижении температурных отметок 200 градусов он испаряется.
При показателе 500 градусов содержание паров в воздухе достигает критичных отметок. В то же время если имеется оцинковка, можно не волноваться. Правда, предельная температура не должна достигать отметки выше 200 градусов. Можно применять оцинкованный материал, так как он способствует усиленному смешению обтекающего устройство воздуха. Такого рода теплообменник неприменим для постоянного обслуживания, но чтобы согреть мансарду или баню — это оптимальный вариант.
Такой элемент можно установить легко и просто. Допускается его монтаж на простой буржуйке, фасад его облицовывают кирпичом, как и печь непосредственно.
Это интересно: дровяные чугунные печи для дачи.
Если выполнить укладку материала на ребро, конструкция не будет шаткой.
Изготовление теплообменника
Приведем пошаговую инструкцию, как изготовить самостоятельно такое устройство.
- Вырежьте два круга диаметром 30 см. (Заглушки). Размеры учитывайте исходя из вашего дымохода.
- Разметьте на каждом листе места размещения труб, самая большая должна проходить в центре. Средняя трубка 58 мм, восемь маленьких по 32 мм.
- Поочередно приваривайте трубы к заглушкам
- Приварите вторую заглушку к трубам.
- Изготовьте бак.
- Сбоку металлического кожуха проделайте два отверстия, по противоположным сторонам.
- На стенках теплообменника сделать выход под патрубки.
- Готовую сердцевину вставьте в кожух. Закрепите с помощью сварки.
- Приварите теплообменник к дымоходу.
- Обработайте конструкцию термостойкой краской.
Самодельный теплообменник
Особенности монтажа
Для теплообменника на дымоход своими руками, конструкцию разобрали в пункте выше. Сейчас разберем, каким образом происходит монтаж теплообменника рядом с котлом. Такое устройство будет включать:
- Корпус, то есть, грубо говоря, обшивку печи или котла.
- Непосредственно накопитель.
- Патрубки холодной и горячей подачи.
- Сливные краны теплообменника.
Схема подключения
Подробно система конструкции, передана на картинке. Установить теплообменник на трубу дымохода в техническом плане будет немного сложней. Но, в таком случае происходит больший нагрев и циркуляция воды, соответственно больше тепла отдается помещению.
