Теплообменник на дымоход своими руками — воздушное устройство

 

При использовании печи для обогрева дома возникает вопрос, как повысить продуктивность отопительного прибора? Это можно сделать, если установить теплообменник на дымоход. Он будет использовать для обогрева помещения энергию продуктов горения топлива.

Разновидности

На сегодняшний день существует множество вариантов конструкций теплообменников на трубу дымохода. Однако наиболее популярными считаются следующие модели:

• воздушный агрегат;
• устройство в виде змеевика;
• аппарат, оснащенный емкостью для воды;
• теплообменник из гофры.

Каждый умелец из народа, стремясь создать для своих нужд полезное устройство, вносил некоторые личные идеи, способствующие его совершенствованию. Для реализации задуманного использовались следующие комплектующие элементы:

• радиаторы от системы охлаждения автомобилей;
• разнообразные змеевики;
• металлические резервуары;
• коллекторы;
• регистры отопления;
• радиатор системы обогрева жилища.

Предлагаем ознакомиться с популярными моделями подобных аппаратов, подходящих для самостоятельного изготовления.

Воздушный теплообменник

Это устройство, передающее тепло от дымового канала в окружающее пространство, изготавливается в виде металлической конструкции с вмонтированными в нее входными и выходными патрубками.

Принцип действия этого вида теплообменника подобен работе простейшего конвектора. Через входные отрезки металлопрокатного изделия, подсоединенные к конструкции, воздушные массы поступают в аппарат и выводятся через отверстия в его верхней части, наполняя теплом пространство отапливаемого помещения. В связи с этим эффективность печи значительно повышается, а расход топлива снижается в два раза.

При наличии определенных навыков, а также болгарки и сварочного аппарата можно изготовить воздушный теплообменник на дымоход своими руками.

Набор материалов, необходимых для создания устройства:

• часть металлического листа толщиной 1 мм с равными сторонами размером 350 мм;
• отрезок трубы длиной до 2,5 м и сечением 1 ¼ дюйма (3,17 см);
• кусок металлопрокатного изделия сечением в 2 дюйма (5,08 см) и длиной 30 см;
• резервуар емкостью 20 л.

Итак, чтобы соорудить воздушный теплообменник своими руками, придерживайтесь пошаговой инструкции:

1. На металлическом листе нужно начертить и вырезать два круга, диаметр которых должен быть равен аналогичному размеру торцевых частей подготовленного резервуара.
2. По центру каждой из заготовок следует проделать отверстие, соответствующее диаметру трубы сечением 2 дюйма (5,08 см).
3. Вокруг центрального проема на обеих деталях нужно равномерно отметить точки, на месте которых сделать отверстия под отрезки трубы сечением 1 ¼ дюйма (3,17 см).
4. Часть металлопрокатной конструкции с указанными параметрами следует разделить с помощью болгарки. Должно получиться 8 трубок, равных по длине (по 30 см каждая).
5. Проводятся сварочные работы: к центральному отверстию крепится кусок трубы сечением 2 дюйма (5,08 см) и длиной 30 см, а к боковым – 8 равных отрезков такой же длины и сечением 1 ¼ дюйма (3,17 см).

После изготовления сердечника теплообменника нужно приступить к сооружению его корпуса, использовав для этого металлический резервуар:

1. С помощью болгарки срезается дно.
2. По центру боковых элементов вместилища вырезается отверстие, диаметр которого соответствует сечению дымового канала.
3. Методом сварки к проделанным проемам подсоединяются подходящие по размерам патрубки.
4. Созданный таким способом корпус надевается и приваривается на изготовленный ранее сердечник.
5. Готовое изделие нужно покрыть термостойкой краской.
6. Полученный аппарат после полного высыхания устанавливается на дымоход.

Теплообменник в виде змеевика

Этот вариант является наиболее простым устройством для самостоятельного изготовления. В качестве основного материала используется медная либо алюминиевая труба. Выбор таких видов металла объясняется хорошей пластичностью, гибкостью и стойкостью к коррозии. Изделие можно изогнуть в любую форму, а его оба конца завершить наружной резьбой для последующего присоединения посредством фитингов выносного бака.

Улучшить теплообмен, а вместе с тем повысить и безопасность устройства можно с помощью помещения его в кожух, изготовленный из прочного металла. Следует также применить негорючий утеплитель, например, базальтовую вату, для укладки между змеевиком и его кожухом.

Далее приступаем к монтажу собранного полностью теплообменника на дымоход. При этом важно предусмотреть расстояние до печи, чтобы дать возможность устройству нагреваться от раскаленного воздуха, а не за счет открытого огня. Оба конца змеевика подсоединяются к расширительному баку, который размещается в самой верхней зоне системы отопления.

Принцип движения воды, нагревающейся в змеевике и попадающей в систему отопления, где она подталкивает холодную жидкость к теплообменнику для нагревания, основан на методе естественной циркуляции. Однако чтобы этот процесс нормально функционировал, важно тщательно произвести расчеты, касающиеся длины и диаметра теплообменника в виде змеевика.

Нужно также учесть тот факт, что теплоноситель обычно расширяется, когда его нагрев достигает определенной температуры. Изгиб трубы следует осуществлять так, чтобы были соблюдены углы наклона подачи жидкости и ее обратного наполнения.

Несмотря на простоту изготовления такого полезного приспособления, как водяной теплообменник на трубу в виде змеевика, он обладает следующими недостатками:

• необходимость проведения сложных расчетов;
• постоянное наблюдение за давлением в отопительной системе и температурой воды;
• большой расход теплоносителя за счет его испарения в расширительном баке;
• потребность в сливании воды из системы (в случае ее неиспользования) в холодную пору;
• снижение температуры отводимых газов провоцирует сгорание топлива не в полном объеме и уменьшение тяги.

Оснащенный емкостью теплообменник

Такая конструкция отлично подойдет как для печи, так и для отопительного котла. Для ее сооружения потребуются две трубки из меди и металлический бак емкостью 20 л. В случае его отсутствия изготавливается подходящий по объему резервуар из листа стали толщиной 2,5 мм. Сварочные швы должны быть довольно тонкими.

Пошаговый алгоритм создания устройства:

1. Подготовленную емкость нужно установить неподалеку от печи на расстоянии не более 3 м. Высота от пола должна равняться 1 м.
2. В самой верхней точке бака с левой стороны, а также возле его дна с правой нужно вырезать два отверстия.
3. От нижнего проема под углом в 2 градуса отводится трубка по направлению к отопительному агрегату, а от верхнего – в противоположную сторону, но с наклоном в 20 градусов.
4. В нижний отвод на выходе следует врезать сливной кран накопительного бака. Еще один затвор, с помощью которого будет осуществляться слив теплоносителя из системы отопления, врезается здесь же, но в самой нижней точке.
5. Закончив монтаж конструкции, требуется проверить, насколько герметичен наш теплообменник. Для этого его нужно заполнить водой и проследить, нет ли протечек.

Устройство из гофры

Этот малобюджетный вариант изготавливается с помощью трех гофрированных труб из алюминия, которыми оборачивается дымоход на участке второго этажа либо мансарды. Стенки канала будут отдавать тепло подобным металлопрокатным изделиям, а нагретый воздух из них перенаправится в любую из комнат дома. Для повышения теплоотдачи гофрированные трубы заворачиваются в пищевую фольгу.

Владельцам мансард будет также интересен вариант конструкции теплообменника, функционирующего наподобие колпаковой печи: при нагревании воздушные массы направляются к верхним слоям пространства, после чего, остыв, устремляются вниз.

Такой теплообменник удобен тем, что способен уменьшить температуру раскаленной трубы дымохода и повысить пожаробезопасность в помещении.

 

Разновидности устройства и принцип работы

Существует основная классификация теплообменников — по типу теплоносителя, которая делит их на водяные и воздушные.

Водяные теплообменники

Водяные теплообменники — самая простая и распространенная разновидность оборудования. Их работа основана на базовых законах физики: при нагревании жидкость расширяется, ее плотность уменьшается. Под давлением более плотной холодной воды, находящейся в нижней части контура, нагретая жидкость поступает в расширительный бак, а оттуда — обратно в теплообменник, двигаясь по замкнутому кругу.

Циркуляция по трубам и постоянное нагревание воды до нужной температуры позволяет поддерживать оптимальную работу подключенного контура. Она же предотвращает переохлаждение трубы дымохода, которое может привести к образованию конденсата.

Простейший теплообменник представляет собой металлический бак или змеевик (спиралевидную трубу), в котором находится теплоноситель — горячая вода. Источником тепла является горячая труба дымохода, которая находится в прямом контакте с источником тепла.

Устройство на основе водного теплоносителя работает по принципу самовара. В системе предусмотрен расширительный бак для горячей воды. Через выходной штуцер теплообменника вода по трубе попадает в расширительный бак. Снизу бака расположен выходной штуцер с трубой, через которую охлажденная вода покидает емкость и поступает снова в теплообменник. Естественный физический процесс теплового обмена обусловливает постоянную циркуляцию жидкости и поддержание постоянной температуры.

Воздушные теплообменники

Принцип действия воздушных теплообменников в том, что горячие газы нагревают расположенные внутри устройства трубки, не создавая дополнительного нагрева, а лишь направляя тепловую энергию наружу. Конструктивно воздушный теплообменник представляет собой цилиндр с несколькими полыми трубками внутри, воздух в цилиндрический резервуар подсасывается снизу, в трубе нагревается и из теплообменника выходит наружу, таким образом увеличивая уровень нагрева помещения на 15-20%.

Обратите внимание! С помощью воздушного теплообменника можно обогреть соседние комнаты от одной печи, если туда вывести воздуховодную трубу. С помощью воздушного теплообменника можно усовершенствовать простую буржуйку или обычную печь, если установить его на дымоход.

Кроме традиционного металлического бака или змеевика встречаются колпаковые модели, которые используются для отопления мансардных помещений.Такой принцип строения печи предложил И.В. Кузнецов, и колпаковая печь названа его именем. Работа колпаковых теплообменников основана на удержании нагретого воздуха, поднимающегося вверх по дымоходу, с помощью специального колпака, который устанавливается под потолком. Движение воздуха в трубе происходит за счет естественных физических процессов.

Виды и конструкции

Теплообменники в первую очередь подразделяются по теплоносителю на воздушные и жидкостные (водяные). В принципе, допускается заливать масло и антифриз, но не в самодельных конструкциях, так как антифриз ядовит и дорог, а масло может загореться при возникновении неплотностей.

По конструкции водяные устройства обычно выполняют в виде змеевика или регистра (трубы) с водой (водяная рубашка); воздушные представляют собой колпак с отводом теплого воздуха или широкую вставку в дымоход с вваренными поперечными элементами.

При принятии решения о том, как снять остаточное тепло дымовых газов, следует иметь в виду, что отбор тепла в дымоходе уменьшает тягу, а на прогретые стенки дымохода может выпадать конденсат. Особенно этот недостаток заметен в газовых котлах, у которых температура отходящих газов невелика. Но на недорогих самодельных печах на конденсат можно не обращать внимания.

Водяной

Преимущество воды для рекуперации – она обладает высокой теплоемкостью и более эффективно отбирает теплоту дымовых газов. Но водяные рекуператоры требуют более качественного изготовления – система не может протекать; при ее эксплуатации необходимо следить, чтобы не было перегрева, так как закипевшая вода может разорвать трубопровод.

Если водяные конструкции используют в гараже, мастерской, «даче выходного дня», отдельно стоящей бане – воду придется сливать в зимнее время года, поскольку замерзшая жидкость также может разорвать трубопровод.

Через металлические стенки дымохода нагревается контур с водой, при прогревании вода поднимается вверх, затем в батареи, охлаждается, опускается в батарее вниз, уходит в обратку и подсасывается назад в теплообменник.

Для оптимизации работы системы в нее включают расширительный бак – это уменьшает возможность закипания. Некоторые умельцы монтируют насос, получается полноценная небольшая система отопления.

Водяные системы используют для отопления с помощью радиаторов или горячего водоснабжения. Серьезный недостаток – невозможность регулировать температуру нагрева воды, при перегреве ее просто приходится сливать. Заливать в систему холодную воду при работающем отопительном агрегате нельзя – вода может закипеть, порвать трубы и повредить дымоход, при этом на внутренних стенках дымоходной трубы оседает конденсат.

• Самодельный змеевик

Самая простая в изготовлении конструкция. Змеевик обычно изготавливают из трубки, которую обматывают по спирали вокруг стального дымохода. Трубки используют медные, обычные стальные, из нержавейки, алюминия. Алюминиевые не стоит использовать для твердотопливных котлов – его температура плавления 660 °С, а температура отходящих газов твердотопливных отопительных аппаратов достигает 600 °С.

При намотке (гибке) трубу следует заполнить песком и заглушить с обоих сторон – это позволит избежать дефектов (заломов, складочек, перегибов). Для улучшения прогрева змеевика между витками должно быть небольшое расстояние – до 1 диаметра.

Иногда используют гофру, но это не самый долговечный материал для змеевика (особенно из оцинкованной углеродистой стали).

• Регистровый

Регистр – кожух большего диаметра, чем дымоход. Регистр надевается сверху на корпус дымохода и приваривается, торцы завариваются пластинками с вырезанными отверстиями, соответствующими диаметру дымохода. Снизу вваривается или вкручивается патрубок для подвода воды, сверху – для вывода теплой воды. В остальном используется аналогично змеевику. Кожухи изготавливаются не только круглыми, но и квадратными.

Воздушный

Этот вариант больше подойдет для локального отопления помещений – одной комнаты, ванной, предбанника. Воздушные конструкции проще собрать. Иногда используют змеевик или регистр, иногда – теплообменник Кузнецова или колпаковый. В змеевике слишком большое сопротивление стенок трубы, она не должна быть слишком длинной. Из-за этих сложностей его редко используют. Воздушные рекуператоры меньше охлаждают дымоход, поэтому меньше вероятность выпадения конденсата на его стенках.

Иногда не сооружают сложные конструкции, а используют подручные материалы – приваривают к дымопроводу ребра из уголков или согнутых полос, трубы, открытые с обеих сторон, крепят «юбочки» или полосы (алюминиевые или из тонкой стали), согнутые в гофрированную конструкцию.

• Теплообменник Кузнецова

Теплообменник Кузнецова представляет собой расширенный цилиндр, поперек которого ввариваются трубы. Цилиндр монтируют в дымоход, по внутренней части идут горячие дымовые газы и нагревают поперечные элементы. Воздух из полостей выходит в помещение и отапливает его или собирается в воздуховод и поступает в соседнее помещение.

• Колпакового типа

Если в небольшом доме отсутствуют системы отопления и есть необходимость протопить комнату на мансарде или втором этаже, используют колпаковый теплообменник. Вокруг дымохода устраивают цилиндр, открытый снизу, вверху воздух из цилиндра поступают в трубы, идущие на второй этаж. Теплый воздух выпускают в нижней части помещения второго этажа – так горячий воздух лучше распределяется в помещении и максимально протапливает его.

Иногда вместо цилиндра над печью устанавливают колпак под потолком, в него поднимается нагретый печью воздух и по трубам поступает в помещение второго этажа. Можно установить вентилятор, в таком случае теплым воздухом легче отапливать помещение на одном этаже с печью.

Какой вид лучше

Какой вид лучше, определяется тем, что именно и каким способом необходимо отопить. КПД лучше у водяных рекуператоров – 50-60% (для регистрового параметр выше, для змеевика – ниже). У воздушных устройств КПД ниже.

Для ГВС или радиаторной системы отопления лучше устанавливать водяные теплообменники. Воздушные больше подходят для отопления близко расположенных отдельных помещений.

Способы установки

Существуют два основных способа установки устройства — непосредственно на печь или на трубу дымохода (устройство самоварного типа или т.н. водяная рубашка).

В первом случае эффективность установки будет значительно выше, т.к. ёмкость будет получать тепло не только от трубы дымохода, но и от жара каменки.

Обратите внимание! При всех достоинствах у этого способа есть существенный недостаток: вода в емкости нагревается быстрее, чем печь, и начинает закипать. Со временем на поверхности бака образуется накипь, из-за чего модель нуждается в регулярной очистке.

Расчеты мощности

Самостоятельно рассчитать мощность рекуператора при отсутствии исходных данных (мощности печи, температуры и количества исходящих газов в единицу времени, площади соприкосновения теплообменника и металла дымохода, скорости прохождения воздуха или воды через устройство) практически невозможно. Можно измерить мощность уже смонтированного теплообменника.

Ориентировочно стоит рассчитывать на то, что теплообменник на дымопроводе твердотопливной печи или камина прогреет пару небольших радиаторов, повысит температуру в гараже или сделает теплее комнату в мансарде, предбанник в бане.

Какие материалы можно использовать?

Качественный теплообменник на дымоход изготовляется из пищевой аустенитной нержавеющей стали. Она отлично работает при постоянном воздействии высоких температур. Никель, который содержится в составе сплава, образует на поверхности трубопровода особую пленку, которая устойчива к воздействию агрессивной среды.

Значения временного сопротивления разрыву и относительного удлинения для оцинкованной стали

В качестве материала для трубы теплообменника можно использовать оцинкованную сталь. При сильном нагреве выше 200°С цинк, который содержится в металле, начинает испаряться. При температуре 500°С его концентрация в воздухе становится опасной для здоровья человека. Но если ваша отопительная система будет работать в меньшем температурном диапазоне, данный материал полностью безопасен.

Как самостоятельно изготовить устройство

Несложный змеевик несложно изготовить самостоятельно из медной трубки. Для дымохода диаметром 100 мм подойдет медная трубка с диаметром ¼ дюйма и длиной 3-4 м. К концам трубы следует припаять фитинги с резьбой. Затем трубку заполняют мелким песком, закручивают их и обматывают дымоход.

Между витками желательно оставлять небольшое расстояние – тогда труба от дымохода будет нагреваться и теплопередачей, и инфракрасным излучением. Эту работу удобно выполнять с помощником. Затем песок из трубы вымывают водой под давлением. Присоединяют трубы, ведущие к радиаторам и расширительному баку.

Теплообменник Кузнецова выполняют при помощи сварки. Самый простой вариант – изготовить корпус из газового баллона или трубы большого диаметра.

Для изготовления понадобятся следующие материалы:

1. Газовый баллон, труба большого диаметра (300 мм) для корпуса.
2. Труба диаметром 32 мм (одну заготовку лучше взять большего диаметра – до 57 мм). Длина заготовок – 300-400 мм, общее количество должно быть достаточно для вырезания заготовок.
3. Два небольших патрубка одного диаметра с диаметром дымохода; желательно использовать трубу дымохода – если дымоход сборный, то с одной стороны конструкции патрубок будет с раструбом, который необходим для монтажа теплообменника.
4. Два фрагмента стального листа, достаточных, чтобы вырезать заглушки торцов корпуса.

Технология изготовления воздушного теплообменника:

1. Большая труба или баллон обрезается в нужный размер.
2. Нарезаются 9 заготовок такой же длины из тонких труб.
3. Вырезаются круги для заглушек.
4. В кругах вырезаются 9 отверстий для труб маленького диаметра; если берется одна трубка большего диаметра, то отверстие для нее вырезается в центре.
5. Тонкие трубы вставляются в отверстия заглушек, наживляются при помощи сварки, затем привариваются.

В корпусе по бокам вырезаются отверстия с диаметром, равным диаметру дымохода.

Конструкция из тонких трубок и заглушек вставляется в корпус и проваривается по стыку заглушек и корпуса из большой трубы.

В отверстия по бокам корпуса вставляются патрубки и также провариваются.

Альтернативный вариант:

Какие материалы можно использовать

Идеальный вариант – нержавеющая сталь (например, пищевая аустенитная нержавейка 08Х18Н10 или AISI 304) или медь. Изделия промышленного производства иногда изготавливают из титана. Но цена на эти материалы достаточно велика. Зато они долговечны, не ржавеют, надежны и прочны. Если у вас буржуйка в гараже или самодельная каменка из подручных материалов в бане, вполне возможно применить и черный металл (углеродистую сталь).

Можно применить качественную гофрированную трубу из нержавейки. Оцинкованная гофра – нежелательный и недолговечный вариант. Для змеевика можно применять и алюминиевые трубы (только не для дымоходов твердотопливных печей).

Иногда применяют и оцинкованную сталь, но следует иметь в виду, что при сварочных работах слой цинка испаряется, и все преимущества оцинковки (стойкость к коррозии) сходят на нет. При температуре выше 400 °С цинк начинает испаряться (пары цинка токсичны), поэтому не стоит применять оцинковку для теплообменников на дымоходах твердотопливных котлов.

Как установить теплообменник своими руками: инструкция

Установка теплообменника на дымоход происходит на базе уже готовой емкости, (например, модель “Ермак”), которую можно приобрести в магазине, либо изготовить самостоятельно из листовой нержавеющей стали или медной трубки.

Как выбрать металл для изготовления устройства

Для изготовления теплообменников используют следующие виды металла:

• нержавеющая сталь;
• оцинкованная жесть;
• медь.

Выбор зависит от конструкции печи, ее мощности и температурного режима.

Если рабочая температура печного оборудования не превышает 200 градусов, то для установки теплообменника подойдет любой металл.

Если печь нагревается выше 200 градусов, то использовать тонкостенные баки из оцинковки не рекомендуется, поскольку высокая температура может деформировать емкость.

Обратите внимание! Стоит учитывать, что при нагревании цинковое покрытие выделяет токсические вещества. Для высокомощного печного отопления рекомендуется использовать теплообменники из нержавеющей стали.

Для теплообменника в виде змеевика (трубки, которая устанавливается спирально вокруг дымохода) используется медь как оптимальный металл по части пластичности, теплопроводности, прочности и устойчивости к коррозии.

При желании можно изготовить змеевик самостоятельно, согнув трубу спиралью таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был на 1-2 мм больше трубы дымохода.

Обратите внимание! Для изготовления теплообменника самоварного типа медь не подходит.

Установка теплообменника самоварного типа

Установка теплообменника — дело не совсем простое, и требует опыта в сварочных работах и знания принципов работы отопительных систем.

Монтаж выполняется на основе готового металлического бака:

• Емкость теплообменника устанавливается непосредственно на трубу дымохода, которая должна быть прочно закреплена на каменке.
• Выше по ходу трубы после теплообменника устанавливается шиберная заслонка дымохода.
• После выбора места для установки накопительного бака (это может быть парная, душевая, предбанник) на стену крепится опорная реечная конструкция.
• Бак фиксируется на опоре с помощью саморезов строго вертикально. Если бак имеет большой объем (от 120 литров), можно использовать кронштейны, которые устанавливаются на стену.
• К входному патрубку бака подключается обратный клапан (в случае открытого типа контура).
• К выходному патрубку емкости подключается кран для слива воды (он должен быть предусмотрен, если печное отопление используется сезонно).
• К теплообменнику через штуцеры подключаются отводящий и подводящий патрубки, идущие к накопительному баку.
• После подключения всех подводящих и отводящих труб теплообменник приваривается к трубе дымохода с обеих сторон.
• Патрубки, ведущие к накопительному баку, присоединяются при помощи металлических фитингов.
• После завершения сварочных работ, подключения подводящих и отводящих патрубков проводится проверка системы путем пробного запуска воды. Если сварные швы выполнены качественно, то в местах стыков течи возникнуть не должно.

Внимание! Выносной бак теплообменника должен быть выше по уровню, чем верхний край печи.

Теплообменник из медной трубки своими руками

Теплообменник из медной трубки

Данный агрегат – это змеевик из медной трубы, который оборачивается вокруг дымохода. Она быстро нагревается, а воздух, который движется внутри, становится теплым. Чтоб обеспечит высокую эффективность данной системы без применения насоса, длина змеевика не должна быть больше 3 м.

Сделать такую конструкцию можно при помощи аргоновой сварки. Допускается вариант крепления с использованием олова. При этом все поверхности нужно обезжирить ортофосфорной кислотой.

На концах медной трубы должна находиться наружная резьба для присоединения выносного бака с водой. Он должен обязательно находиться выше змеевика, что обеспечит максимальную продуктивность системы.

Используем гофру

Этот вариант теплообменника самый простой и требует минимальное количество материальных затрат. Для этого используйте длинную гофрированную трубу. Ее нужно обернуть вокруг дымохода.

Применение гофрированных труб для изготовления теплообменников

Воздух внутри гофры будет очень быстро нагреваться. Его достаточно просто перенаправить в соседнее помещение. Для увеличения теплоотдачи намотайте на гофру пищевую фольгу.

Для безопасной эксплуатации отопительной системы с применением теплообменников разной конфигурации нужно все время проверять узлы соединения с дымоходом. При выявлении малейших зазоров незамедлительно восстановите герметичность швов.