Виды ТО
Схема и принцип работы рекуперативного теплообменника
По принципу работы оборудование делится на рекуперативное и регенеративное. В первых движущиеся теплоносители разделены стенкой. Это самый распространенный вид, он может быть различных форм и конструкций. Во втором случае с одной и той же поверхностью по очереди контактируют горячий и холодный теплоносители. Высокая температура нагревает стенку оборудования во время контакта с горячей средой, далее температура передается холодной жидкости при контакте с ней.
По назначению ТО делятся на два вида: охладительные – работают с холодной жидкостью или газом, остужая при этом горячий теплоноситель; и нагревательные – взаимодействуют с разогретой средой, отдавая энергию потокам холодной.
По конструкции теплообменники бывают нескольких видов.
Разборные
Состоят из рамы, двух концевых камер, отдельных пластин, разделенных термостойкими прокладками и крепежных болтов. Такое оборудование отличается простотой очистки и возможностью увеличения эффективности путем добавления пластин. Но разборные ТО чувствительны к качеству воды. Для продления срока их службы требуется установка дополнительных фильтров, что увеличивает стоимость проекта.
Пластинчатые
Пластинчатый теплообменник нуждается в установке дополнительных фильтров на теплоноситель
Отличаются методом соединения внутренних пластин:
- В паяных ТО гофрированные пластины из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм сделаны путем холодной штамповки. Между ними устанавливается прокладка из специальной термостойкой резины.
- В сварных пластины свариваются и образуют кассеты, которые затем компонуются внутри стальных плит.
- В полусварных ТО кассеты скрепляются посредством паронитовых соединений в конструкции из небольшого количества сварных модулей. Эти модули уплотняются резиновыми прокладками и соединяются лазерной сваркой. После чего собираются между двумя плитами при помощи болтов.
Пластинчатые теплообменники используются в условиях повышенного давления и экстремальных температурах. Такие устройства требуют минимального технического обслуживания, экономичны и отличаются высокой эффективностью. Кроме того, по необходимости можно увеличить или уменьшить эффективность оборудования путем увеличения или уменьшения количества стальных пластин.
Единственным недостатком теплообменника из гофрированной нержавейки служит чувствительность к качеству теплоносителя, необходима установки дополнительных фильтров.
Кожухотрубные
Состоят из цилиндрического корпуса, куда помещены пучки трубок, собранных в решетки. Концы труб крепятся развальцовкой, сваркой или пайкой. Достоинством такого оборудования служит нетребовательность к качеству теплоносителя и возможность использования в технических процессах, где присутствуют агрессивные среды и высокое давление (в нефтяной, газовой, химической промышленности). Недостатки кожухотрубных ТО – относительно низкая теплоотдача, большие габариты, высокая стоимость и сложность в ремонте.
Спиральные
Состоят из двух листов металла, свернутых в спирали. Внутренние края соединены перегородкой и закреплены штифтами. Такие теплообменники компактны и обладают эффектом самоочистки. Они способны работать с жидкими неоднородными средами, любого качества. При повышении скорости движения жидкости, увеличивается интенсивность теплообмена. Недостатки: сложность в изготовлении и ремонте, ограничение давления рабочей жидкости до 10 кгс/см².
Спиральный
Кожухотрубный
Двухтрубные и труба в трубе
Схема теплообменника «труба в трубе»
Первые состоят из труб разного диаметра. В качестве теплоносителя используется жидкость и газ. Устройства используются в местах с повышенным давлением, имеют высокий уровень теплоотдачи. Отличаются простотой монтажа и обслуживания. Единственный недостаток – высокая стоимость.
Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух труб разного диаметра, соединенных между собой. Они используются при небольшом расходе теплоносителя и чтобы оборудовать дымоход.
От вида устройства зависит тип его работы. От конструкции оборудования — эффективность при эксплуатации в тех или иных условиях
Поэтому следует уделить достаточное внимание изучению особенностей каждого вида оборудования
Принцип работы воздушного теплообменника
Основное назначение теплообменника – передавать энергию от продуктов горения в дымоходе теплоносителю, в качестве которого выступает вода или воздух. Установленные в дымоходах теплообменники (это относится к водяным модификациям) часто называют экономайзерами.
Эти устройства собирают и передают в помещение тепло, которое просто уходит в атмосферу, благодаря чему вырабатываемая печью тепловая энергия используется по максимуму. Кроме обычной водопроводной воды иногда используют и другие жидкости – масло или «незамерзайку».
В связи с этим все устройства делят на две большие категории:
Выбор того или иного вида зависит от нескольких факторов. Важнейшие из них – это конфигурация и материал дымохода, а также характеристики самого прибора.
Разберем, как работает воздушная модель. Конструкция устройства проста: прочный корпус с перегороженным внутренним пространством. Роль перегородок играют пластины или трубки, основная функция которых – затормозить движение нагретых газов и направить тепло в нужное русло.
Некоторые перегородки (заслонки) не припаивают, а делают подвижными. С помощью задвигания/выдвигания металлических пластин можно регулировать силу тяги, тем самым снижая или увеличивая производительность обогревательного прибора.
Воздушные теплообменники называют конвекторами, та как в основе их работы лежит принцип конвекции. Холодный воздух из помещения попадает внутрь устройства, где от воздействия горячих дымовых газов повышается его температура. В нагретом состоянии он через другое отверстие движется дальше – обратно в помещение или в отопительную систему.
Как сделать обменник своими руками
- Для теплообменника с емкостью потребуется бак, пара трубок из меди. Можно использовать листовую сталь в толщину 2,5- 3 мм, сварить из нее резервуар нужногО объема.
- Установите емкость от пола не менее 1 метра, от печи – не менее 3 метров.
- Проделайте два отверстия справа, ближе к конструкции и слева – наверху.
- Подведите к печи нижний отвод, под наклоном в 2- 3 градуса.
- Подключите верхний отвод под углом в 20 гр., только в обратную сторону.
- Врежьте в нижний отвод на выходе кран для слива воды из бака.
- Внизу еще один кран для слива воды из всей системы.
- Проверьте конструкцию, она должна быть герметичной, можно заполнить водой и под легким напором выявить места протечки, устранить их.
Виды теплообменников
Змеевик
Простое устройство может быть эффективным по-разному – в зависимости от вида. Классификацию проводят по нескольким критериям. Различные модели заводских или кустарных теплообменников, например, в баню, отличаются:
- конструкцией,
- местом установки,
- материалом.
Эти факторы влияют друг на друга и на особенности теплообменного агрегата в целом: его стоимость, КПД, производительность, объем системы, сложность установки и пр.
Конструкция
Конструктивные отличия во многом зависят от назначения изделия. Например, нагрев воды для мытья предполагает существенный объем и интенсивную теплопередачу. А использование только для отопления требует постепенной передачи тепла теплоносителю.
- Змеевик – гнутая под разными углами труба. Быстро прогревается, но часто не обладает достаточным объемом. Подходит для монтажа в дровяную топку, за топку, в каменку, на дымоход (если змеевик – спиралевидный).
- Регистр – аналог трубного радиатора, пожалуй, самый популярный, универсальный, энергоэффективный. Как правило, это несколько труб большого диаметра, соединенных тонкими трубками. Выбор конкретной формы и места установки ограничен фантазией автора, а также общей схемой.
- Дипломат – одна или несколько соединенных между собой емкостей с патрубками. Это распространенная модель, простая в сборке и монтаже. Печь для бани с теплообменником такого типа обеспечит тепло, жар, горячую воду. Недостатки – существенный объем снижает скорость прогрева, ограничивает выбор места для монтажа. Примитивная форма не способствует полноценной теплопередаче, мешая прогреву частей самой печки. Поэтому хорошо подходит только для монтажа внутрь каменки (если речь о бане), за нее или за топку.
- Водяная рубашка – кожух, устанавливаемый на прогреваемые изнутри части теплогенератора. Зачастую это цилиндр с патрубками, надетый на дымоход. Сложен для кустарной сборки, подвержен протечкам, зато не требует разборки печки для монтажа и достаточно эффективен.
Водяная рубашка
Дипломат
Регистр
Выбор модели обычно связан не столько с КПД и ценой, сколько со сложностью установки. Например, некоторые модификации водяных «рубашек», «змеевиков» и «дипломатов» монтируются без разборки печи. Максимум – модернизация части трубы или замена чугунной плиты (для готовки) на «дипломат».
Материал
Медный теплообменник
Проектируя печь либо камин с каким-либо теплообменником, инженер (или печник) учитывает параметры материалов. Необходимые свойства – огнеупорность, эластичность, стойкость к коррозии, теплоемкость, теплопроводность. Обладают этими характеристиками только металлы.
- Сталь прекрасно подходит по всем параметрам, кроме стойкости к коррозии. Однако если теплоноситель залит всегда, ржаветь она не будет.
- Нержавеющая сталь не имеет недостатков, кроме высокой цены и сложности сварки. Оцинкованная сталь почти не применяется из-за токсичных выделений, связанных с высокими температурами.
- Чугун, недостатки которого – сложность сварки и высокая вероятность образования трещин (из-за резких перепадов температуры при неравномерном нагреве).
- Медь, которая всем хороша, кроме высокой цены и соединением частей пайкой. Припой «не держит» сильный нагрев, если слита вода, поэтому применение меди ограничено.
Выбор, как правило, связан с наличием или доступностью материала. Нередко встречаются банные печи с чугунным теплообменником, представляющим собой доработанную батарею. Доработка заключается в проварке стыков секций и заглушек в лишних отверстиях. Тем самым получают теплообменный регистр, обладающий всеми нужными свойствами. Его недостаток – громоздкость, ограничивающая выбор места.
Изготовление своими руками
Самодельный медный теплобменник змеевик
Принятие решения о самостоятельном изготовлении, как правило, говорит о наличии кое-какого инструмента и навыков работы с ним. В идеале необходима полноценная мастерская с тисками, сваркой (двух видов), верстаком, наковальней и т. д. Если оснащение оставляет желать лучшего, возможен вариант сборки простейшей модификации – медного спиралевидного змеевика.
Плюсы этого варианта:
- Медь относительно легко гнется, паяется.
- Змеевик не содержит соединений, подвергающихся сильному нагреву.
- Спиральная форма проста, универсальна, а для ее придания не нужно сложное оборудование.
- Установка такого теплообменного устройства не потребует серьезной модернизации печной конструкции.
Банная печь с таким теплообменником справится со всем, чего от нее можно ожидать: обеспечит работу 2 – 3 радиаторов отопления, нагреет воду в небольшом баке. За микроклимат в парилке, все же, отвечает каменка.
Расходные материалы
Трубогиб ручной
Из специальных инструментов для работы с медью необходима только газовая горелка. Профессионалу потребуется труборез, фаскосниматель, металлический ершик нужного размера. Однако все это заменяется болгаркой, напильником (рашпилем), мягкой абразивной губкой. Расходных материалов также понадобится минимум:
- отожженная медная труба в бухте d32, длиной 3.5 — 4.5 м (в зависимости от d дымохода);
- водорозетки переходные (резьба-пайка) d32 * 1.25” – 2 шт;
- обычный низкотемпературный и жесткий медный припой для среднетемпературной пайки (650 — 750°C);
- паста «флюс»;
- мягкая абразивная губка;
- газ пропан-бутан для среднетемпературной пайки – 1 баллон (0.5 л);
- мытый просеянный мелкий песок – 5 – 6 кг;
- трубопровод, краны, клапаны «Маевского», радиаторы.
Необходим «трубогиб» — ровное круглое бревно. С его помощью теплообменник для банной печи получит форму спиралевидного змеевика. Длина бревна – не меньше 1 м, а диаметр равен габаритам дымохода на выходе из печки. Как правило, параметр зависит от размеров топки и не бывает менее 10 см.
Алгоритм сборки
Водяная рубашка своими руками
Самая сложная часть сборки – придание спиралевидной формы. Для этого трубу придется гнуть, используя жестко установленное бревно. Неотожженную медь согнуть не получится, поэтому покупать надо именно ту, что в бухтах. Самый простой способ установки теплообменника «змеевик» в кирпичную печь (для отопления) – монтаж на дымоход. Алгоритм действий:
- Надежно заглушите один конец трубы, например, запаянной заводской заглушкой.
- Заполните трубу песком, проливая водой, простукивая молотком, уплотняя «шомполом». Им может стать металлопластиковая труба или заглушенный резиновый шланг.
- Когда труба будет заполнена, максимально уплотните наполнитель, затем заглушите второй конец. Старайтесь, чтобы песок при этом не «разуплотнился».
- Прикрутите к бревну П-образный или круглый хомут, который будет плотно держать трубу. Основание «П» – перпендикулярно трубогибу ближе к концу, а расположение по окружности роли не играет.
- Вставьте конец бухты в хомут, начните, не торопясь, накручивать трубу на бревно.
- Если где-то появился залом, значит, в этом месте песок лежит недостаточно плотно. Желательно начать все сначала, но, теоретически, можно попытаться отстучать залом молотком.
- Если d дымохода равен 150, а длина бухты — 4.5, должно получиться 8 – 9 витков спирали (высотой не более 35 – 40 см), а также два «хвоста» по 30 – 40 см.
- Отрежьте заглушки, вычистите песок, промойте спираль.
- Припаяйте к концам спирали переходные водорозетки.
- Снимите крышку, закрывающую каменку, или демонтируйте шиберную заслонку (выньте часть дымохода).
- Оденьте «змеевик» на трубу как можно ближе к печке.
- Соберите обратно дымоход, учитывая необходимые герметики, подмотки (если они были).
Теперь можно установить и подключить остальные элементы отопительной системы, в том числе открытый расширительный бак самоварного типа, трубопровод, краны, радиаторы, воздушные клапаны. Для улучшения естественной циркуляции диаметр трубопровода не должен быть намного меньше размеров змеевика. В идеале – он также будет медным, того же диаметра.
Коротко о главном
Если для прогрева бани применяется классическая дровяная печь, то для нагревания воды в накопительном баке необходимо установить теплообменник. Он позволит значительно сократить расходы. Например, отпадет нужда в электрическом бойлере.
Принцип работы теплообменника очень прост. А вот конструкций много. Владельцу придется выбрать самый приемлемый только индивидуально. Потому что универсального способа не существует. И нужно только на месте решить, какой лучше всего подходит. А на решение повлияет и материал, из которого сделана печь, и место расположение накопительного бака.
Устройство переоборудованных печей для бани
Реализовать систему второго контура в печи можно несколькими способами. Выбор наиболее подходящего решения зависит от типа печки и наличию технических возможностей, как то сварки и подходящего материала для теплообменника.
Наиболее распространенные схемы оборудования водогрейного контура:
- Установка на дымоход или в топку печи рамного теплообменника или витого змеевика;
- Монтаж на печи дополнительного наставного бака для нагрева воды, циркулирующей в системе отопления;
- Оборудование внутри топочной камеры системы из труб-регистров.
Если площадь отапливаемого банного помещения превышает 30 м2, без учета парилки, то будет правильным предусмотреть в конструкции печки для сауны с водяным контуром дополнительный бойлер-накопитель для горячей воды. Таким способом можно использовать часть кипятка для нужд моечного отделения и уборки помещения уже после того, как топка была потушена.
Не все перечисленные способы установки водогрейного контура одинаково эффективны. Например, самый простой вариант, предусматривающий монтаж второго наставного бака для подогрева воды, признается специалистами наиболее неэффективным. Зачастую печь и сауна прогреваются до требуемой температуры, а предбанник и комната отдыха остаются холодными.
Теплый воздух, прогреваемый горящими дровами из топки, поднимается вверх, обеспечивая теплом каменку и расположенный на ней слой камней. Последний медленно отдает свое тепло помещению, обеспечивая комфортную температуру для парилки.
Производители предлагают комбинированные котлы для бани на дровах, использующие газ в качестве альтернативного способа нагрева. Однако, не во всех районах есть возможность подключиться к системе газоснабжения, поэтому более популярной является классическая модель на монотопливе.
Отличие между конструкциями котлов в бане на дровах (фото ниже, цена здесь же или на сайте компании производителя) заключается чаще всего в расположении водяного бака.
Есть несколько зон его установки, которые обладают положительными качествами:
- Схемы с выносными баками. Этот тип является наиболее популярной конструкцией. С его помощью удается получать горячую воду, используемую в обогреве остальных помещений постройки. Эта модель позволяет хорошо прогреть воздух внутри, прежде чем вода успеет закипеть. Она востребована в банях, использующих сухой и жаркий воздух. Для материала бака используют качественную нержавеющую сталь. Монтаж осуществляется, как правило, в смежном помещении, а соединение проводится с помощью регистров, или шланга труб. Недостатком конструкции является относительная сложность монтажных работ, дополнительные расходы на регистры и трудоемкость монтажа.
- Наставной бак монтируется непосредственно в камеру к топке. Конструкция является актуальной для печей, изготовленных из труб. Прогрев воды в них осуществляется в верхней точке топки. Однако, это не всегда является эффективным решением. Главное правило, используемое при монтаже таких конструкций – максимальная герметичность для всех швов, что позволит продлить срок службы аппарата.
- Монтаж бака на дымоходной трубе отличается двумя вариантами установки: бак в форме куба или параллелограмма является проходным узлом на крышу или бачок служит проходным узлом через потолок на второй этаж. Емкость обогревается не только за счет теплообмена в трубе, но и благодаря печным регистрам, что позволяет использовать значительные объемы во время нагрева жидкости.
- Навесная конструкция бака предусматривает крепление на стену или другую вертикальную поверхность Вода прогревается внутри за счет теплообмена, получаемого от печных стен. Материал, применяемый для этой конструкции – нержавеющая сталь.
Средние расценки на печи с различным расположением водяного бака
| Наименование (бренд) | Тип расположения водяного бака | Цена, руб. |
| Тунгусска | на дымовой трубе | от 12000 |
| Helo (Финляндия) | встроенный | от 27000 |
| Сахара | навесной | от 14000 |
Предлагаем ознакомиться Мебель для бани из дерева- купить деревянную мебель для бань и саун в комнату отдыха в Москве
Изготовление теплообменника своими руками
Не всегда есть возможность купить готовый проект печи с теплообменником. Так же не все могут сами работать сваркой. Но соорудить теплообменник в печь для отопления своими руками, не такая тяжелая задача. Применив алюминий или медь можно избежать сварочных работ. При хорошей подготовке, правильном расчёте это возможно и не обременительно. Вдобавок экономит семейный бюджет.
Расходные материалы
Выбрав место и размер, стоит обдумать из чего проще соорудить теплообменник. Можно использовать как перечисленные выше материалы, так и чугунные радиаторы отопления, автомобильные радиаторы и тому подобное. Главное правильно учитывать тепло проводимость. Точно продумать какой инструмент понадобится и подготовить его заранее. Все эти мелочи облегчат установку.
Алгоритм сборки
Начинать надо с проекта — продумывая мелочи и подбирая варианты. Исходить стоит из размера — если печь слабая, то несоразмерно большой теплообменник только навредит. Если вы используете в качестве трубы для змеевика медь, то длина не должна превышать трёх метров.
Самый простой вариант изготовления — змеевик. Для него потребуется медная труба, длинной от 2 м до 3 м.
От длины трубы и количества витков зависит скорость нагрева. Но стоит помнить — надо учитывать размер печи, топки и не злоупотреблять увеличением змеевика. Перекосы в размерах понижают срок службы печи.
Для закручивания трубы в спираль нужен шаблон. Это любая подсобная деталь цилиндрической формы. Диаметр шаблона должен вписываться в топочный размер.
Подготовив материалы приступаем:
Изгибая трубу, наматываем её на заготовленную болванку для получения спирали;
- Соблюдаем размеры, в которые надо змеевик поместить;
Средний показатель расчётной мощности теплообменника, равен 1кВт на 10 метров площади.
Если вас не устраивает такой тип теплообменника, можно изготовить другой тип, например сварив стальные трубы. Выглядит это примерно так:
Примеры чертежей, по которым проводить работы:
Как установить?
Установить теплообменник в печь удобно во время кладки новой печи. Это позволит капитально смонтировать его, соблюдая все зазоры и размеры. При такой установке легче соблюсти правильный размер. Смонтировав теплообменник на фундамент печи, обложить его кирпичом легче, чем разбирая готовую печь, пытаться приспособить его на место. Но это тоже возможно.
Есть также важные моменты и требования, которые стоит соблюдать для увеличения сроков эксплуатации:
- не стоит фиксировать трубы конструкций металлическими крепежами;
- не стоит заливать ледяную воду, для избежания появления конденсата;
- соблюдать пропорции между печью и теплообменником, избегая большой разницы;
- использовать уплотнительные материалы с высокой жаропрочностью;
- соблюдать полностью все меры противопожарной безопасности;
Нехитрые правила помогут избежать опасных ситуаций, помогут продлить срок службы печи. Не забывайте так же о пожарной безопасности.
Примеры установки на фото:
Преимущества ловли с теплообменником
Из каких бы плотных тканей не была сшита палатка, без дополнительного обогрева она сможет защитить разве только от ветра, но не от мороза или сырости. Именно поэтому рыболову приходится ее отапливать. И если пару часов еще можно обойтись парафиновой свечой или несколькими таблетками сухого спирта, то для продолжительной рыбалки понадобится что-то более серьезное. Почему стоит сделать выбор в пользу теплообменника? Плюсов у этого прибора более чем достаточно. К ним можно отнести:
возможность нагреть палатку за считанные секунды;
- максимально эффективное потребление тепла, производимого горелкой;
- выход газов, возникающих в результате сгорания топлива и кислорода;
- отсутствие нежелательной влаги (воздух внутри становится не только теплым, но и сухим);
- совместимость с любыми газовыми горелками, которые есть сегодня в продаже;
- возможность использовать в качестве плитки (к примеру, можно подогреть остывший чай);
- компактность (прибор не занимает много места).
Преимущества использования металлической печи в бане
Сегодня металлическая печь в бане уже является стандартной комплектацией, без которой сложно представить любимую многим оздоровительную процедуру. По сравнению с другими видами печей, она обладает рядом преимуществ:
- Простота монтажа. Ее легко изготовить своими руками.
- Легкая и простая эксплуатация.
- Она быстро растапливается.
- Обладает хорошей тягой.
- Высокая производительность.
- Экономична в расходе топлива и демократична в цене.
Но для того чтобы действительно максимально оценит все эти достоинства, необходимо научиться правильно её использовать!
Печь в парилке
Никто, конечно, не поспорит, что для бани идеальной является каменная печь. Но ее нужно растапливать не менее 5 часов, чтобы она по-настоящему начала отдавать свое тепло, представьте, сколько дров уйдет за это время. А это, в свою очередь, устраивает далеко не всех. Да и цена у кирпичного сооружения будет в разы больше, чем у металлической печи, облицованной камнем.
Схема движения воздушных масс
Кроме того, для того чтобы сложить кирпичную печку для бани, нужно обладать начальными навыками и знаниями печника, так как в этой конструкции нужно учесть множество нюансов, которые незаметны, но играют решающие роли!
Кирпичная печь
Металлическую же печь можно купить в готовом варианте, а обкладка не потянет за собой больших финансовых расходов.
Даже если сама по себе металлическая печь, купленная в готовом виде в магазине уже является украшением парилки, лучше сделать вокруг нее небольшой каменный фартук. Это значительно увеличит эффективность и производительность печи. Да и людям, находящимся в непосредственной близости от металлической конструкции, будет более комфортно, ведь металл «жарит» сильнее, чем камень или кирпич!
Металлическая печь без обкладки кирпичом
Какими необходимыми параметрами должна обладать металлическая печь для бани?
- Она должна иметь небольшие габариты, чтобы не загромождать пространство.
- Не следует выбирать слишком большую мощность, так как помещение бани, как правило, небольшое. Будет сложно контролировать оптимальный температурный режим.
- Характеристики печи должны четко соответствовать правилам пожаробезопасности.
Кроме того, необходимо учитывать и место, где располагается печь. Согласно нормам СНиПа, металлический агрегат должен располагаться на расстояние не менее 15 см от деревянных перекрытий.
Советы и рекомендации
Как видите изготовить теплообменник самостоятельно не трудно. Для простой конструкции достаточно бака, двух медных трубок разных по диаметру, змеевика и вентилятора. За счет устройства можно не только обогреть помещение, но и охладить его.
Вещь, подобно обменнику в той, или иной форме имеется практически в каждом доме. Подойдите к работе конструктивно и обстоятельно, изготовьте чертежи, определитесь с выбором материала, следуйте вышеописанной инструкции по изготовлению, сборке и подключению устройства.
При желании и последовательных действиях соберете конструкцию не хуже магазинной, в доме будет тепло и уютно, а устройство – работать безотказно в течение длительного времени.
