Немного о системах отопления
Для того чтобы доставить тепло в каждую комнату дома требуется наличие магистрали, по которой будет циркулировать вода. В качестве такой магистрали используют пластиковые или металлические трубы. Вода отдает тепло в специальных радиаторах, устанавливаемых в нижней части комнат. Остывшая вода возвращается к источнику тепла.
По способу организации системы отопления разделяют на открытые и закрытые.
- Открытые системы. В открытой системе вода циркулирует за счет наклона труб. Она поступает в верхнюю точку, благодаря конвекции, а дальше без постороннего вмешательства обходит все комнаты, постепенно понижая уровень. Возвращается в котел по трубе, которая называется обраткой. Возможность расширения при увеличении температуры обеспечивается наличием расширительной емкости, установленной в чердачном помещении. Оно скрыто от взора и занимает максимально верхнее положение. При нагревании объем воды увеличивается, и она вытесняется в расширитель. После остывания происходит обратный процесс.
- Закрытые системы. Закрытый расширитель способствует повышению давления в системе при нагревании воды. Это дополнительно защищает систему от перегрева, так как кипение при повышенном давлении наступает позже. Для системы закрытого типа характерна принудительная циркуляция, которая обеспечивается специальным насосом. Чаще всего магистраль для закрытой системы выполняется из пластиковых труб. Они состоят из нескольких слоев, которые обеспечивают изоляцию тепла. Таком образом, вода доставляется в нужную комнату без потери энергии. В металлических же трубах тепло через металл уходит по мере транспортировки. С другой стороны, это тепло уходит не наружу, а в комнату, отапливая ее. Споры сторонников металла и пластика остаются актуальными в любое время.
Схема работы системы отопления
Водяной теплообменник замкнутого типа
Принцип действия всех замкнутых систем отопления построен на элементарных законах физики – при нагревании, плотность воды уменьшается и подталкиваема снизу более холодной, она начинает подниматься по трубе, попадая в расширительный бак, и уже из него по всему контуру возвращается к нагревателю.
В данном случае, в качестве нагревателя выступает дымоход, который своей энергией толкает воду по контуру системы отопления.
Самодельный змеевик
Самодельный водяной теплообменник
Конструкция, изображённая на фото, является самым распространённым и простым способом использования тепла от дымохода. Верхний край трубки соединяется с расширительным баком, а нижний с контуром отопления.
Чаще всего такую систему используют в качестве вспомогательной. С её помощью можно обогревать небольшие помещения, в которых ранее не предусматривалось отопление, но не более того. Выступать в роли основного отопления она не сможет, так как в её устройстве есть несколько значительных недостатков:
- Температура на поверхности дымохода – величина непостоянная и сложноконтролируемая, как следствие, невозможно регулировать степень нагрева теплоносителя.
- Из-за непостоянства температуры, очень сложно рассчитать оптимальную длину змеевика. Если он будет слишком коротким, вода начнёт закипать и разорвёт трубку, а если слишком длинный, теплоноситель вообще не прогреется до нужной температуры.
- Воду из расширительного бака нельзя использовать для душа или в других целях, и дело не только в нерегулируемом нагреве. При заполнении бака холодной водой, она через змеевик начнёт охлаждать дымоход, в результате чего образуется конденсат и ускоряется процесс образования нагара на внутренних стенках.
- Температуры, до которой нагревается дымоход, недостаточно для прогрева длинного контура. При обычном отоплении, вода, проходя по системе, теряет всего 25 градусов, чтобы сохранить этот показатель в данной ситуации, вся система должна быть небольших размеров.
Регистровый теплообменник
Заводской теплообменник
Чтобы избежать проблем с самодельными устройствами, можно приобрести регистр теплообменник на дымоходную трубу. Конечно, цена такого приспособления будет выше, чем у сделанного своими руками. Но и качественные характеристики не идут ни в какое сравнение.
Принцип работы такого устройства, идентичен описанному выше, с той лишь разницей, что тут уже произведены все расчёты, уберегающие устройство от закипания. К сожалению, контроля за нагревом тут тоже нет, но зато есть несколько существенных плюсов в сравнении с «самоделкой»:
- Внешний кожух сохраняет тепло внутри, позволяя змеевику прогреваться даже при невысокой температуре дымохода;
- Медные трубки не вступают в плотный контакт с нагревающейся поверхностью, это защищает устройство от возможного закипания.
Внутреннее устройство теплообменника
Обоснованный выбор конструкции
Выбрать качественный и подходящий по всем параметрам теплообменник не так просто, поскольку на современном рынке различные элементы представлены в многочисленных разновидностях
Важно ориентироваться на то, что вся конструкция должна обеспечивать равномерный и постоянный обогрев помещений. При этом важно, чтобы элементы были созданы из качественных и устойчивых к различным воздействиям материалам, поскольку в этом случае оборудование прослужит долгое время, в течение которого не будет возникать необходимость в регулярных и сложных ремонтных работах
Важно правильно выбрать змеевик. В последнее время самыми популярными считаются змеевики-регистры
Они создаются из труб, диаметр которых равняется примерно 45 мм., а также они обладают гладкими стенками. По внешнему виду похожи на решетку Г-образной формы. Изготавливаются они с применением не только гладких труб, но и профильных. Выход горячей воды, а также обратку, можно подключать к таким змеевикам с разных сторон. Однако здесь важно ориентироваться, какими конструктивными особенностями обладает сама печь, а также как легче всего произвести своими руками разводку труб в системе отопления.
Также важно грамотно выбрать и сам бак, в котором будет осуществляться непосредственный нагрев теплоносителя, который после этого поступает к змеевику и распределяется по всему дому. Самыми популярными считаются резервуары в форме цилиндра или прямоугольника
К ним подключаются змеевики.
Если выбирается теплообменник, который по своим конструктивным особенностям должен устанавливаться на дымоход, то он обычно обладает цилиндрической формой. Внутри него располагается часть змеевика, ее диаметр должен быть точно равен диаметру самой дымоходной трубы. Снизу данного оборудования привариваются подходящие патрубки. Можно даже ориентироваться на приобретение такого оборудования, которое будет использоваться не только для создания полноценного отопления, но и для обеспечения дома горячей водой
Однако важно помнить, что установка оборудования непосредственно как части дымохода, приводит к тому, что продукты сгорания остывают очень быстро, что приводит к снижению тяги в дымоходной трубе
Другие разновидности баков могут монтироваться на варочную панель печи. Однако здесь своими руками осуществить правильную работу достаточно сложно. Дело в том, что нужно учитывать, что горячие газы должны проходить над верхней полкой оборудования, после чего они должны проходить в дымоход через переднюю сторону топливника.
Что такое теплообменник
Это техническое устройство, изготовленное из материала с высоким показателем теплопроводности, в котором две среды с разной температурой соприкасаются через перегородку. Именно через стенку прибора от одной среды температура передается другой.
Существует два типа теплообменников:
- Рекуператоры. То есть те, в которых передача температуры происходит через перегородку.
- Регенераторы. В них среды с разными температурами соприкасаются с одной единственной поверхностью поочередно.
Существует несколько разновидностей теплообменников, отличающихся друг от друга чисто конструктивным исполнением. Это часто используемые варианты:
- Змеевик – это трубка, накрученная на дымоходную трубу, по которой движется вода.
- Труба в трубе. Это конструкция в виде цилиндра, насаженная на дымоход. Внутри него протекает вода, которая поступает внутрь конструкции через нижний патрубок, а выходит через патрубок, установленный верхней части теплообменника. Нагрев жидкости происходит через стенку дымохода.
- Спиральные. В быту применяются редко, потому что конструктивно – это емкость, в которую укладывают по спирали (по внутренним стенкам) трубу, внутри движется горячая среда. К сожалению, в таком виде дымоход работать не будет.
- Кожухотрубные. Это не бытовой агрегат. Его конструкция – это емкость, в которой вставлено большое количество трубок. По ним и перемещается среда с большой температурой, а между трубками движется вода.
- Пластинчатые, их еще называют конвекторами. Эта модель такая же, как предыдущая. Только в ней вместо трубок установлены полые панели, по которым и движется среда с высокой температурой. А между ними вода. Эффективность передачи тепловой энергии здесь зависит от того, в каком направлении относительно друг друга перемещаются среды. Оптимально – навстречу друг другу.
Существует еще одна классификация, в которой теплообменники делятся на водяные и воздушные. О первых было написано выше. Что касается вторых, то с их помощью в основном организовывают дополнительное отопление помещений. Ярким представителем таких агрегатов выступает гофрированные теплообменники.
Для этого используют стальные гофрированные трубы (они гибкие), которые обвивают . Получается так, что угарные газы с высокой температурой, идущие от топки печи, отдают часть тепла воздуху, проходящему внутри гофры. Последняя соединена с улицей, обычно ее вводят в помещение через отверстие, расположенное близко к полу. Иногда устанавливают маломощный вентилятор для придания воздуху небольшой скорости. Противоположный конец гофры устанавливают в то помещение, где требуется поднять температуру.
Материалы для теплообменников
Обычно дымоход собирают из металлических труб. Редко в парилке бани или других помещениях, кроме основного дома, монтируют керамические или стеклянные дымоходы. Слишком дороги. Поэтому можно смело говорить, что эти конструкции обладают высокой тепловой отдачей. Поэтому на них можно монтировать теплообменник.
Материал для самого теплообменного аппарата выбирается из расчета выдерживания больших тепловых нагрузок, потому что температура угарных газов может доходить до +500С. Плюс, необходимо учитывать негативное воздействие воды на металл. Поэтому трубки змеевика должны быть изготовлены или из медного сплава, или из нержавеющей стали.
Если принято решение соорудить теплообменник типа труба в трубе, то для его изготовления лучше использовать конструкцию из нержавейки или оцинковки.
Основные нюансы работы и использования
Наиболее часто печки в строениях используются исключительно для отопления дома. Однако нередко они применяются и для формирования горячего водоснабжения в строении. В этом случае теплообменник должен получать не больше 10 процентов от вырабатываемого тепла от печного оборудования.
Змеевики изготавливаться должны из качественных труб подходящего диаметра, тогда они смогут обеспечивать оптимальный обогрев различных помещений в сооружении
Поэтому важно к этому вопросу подходить ответственно. Также материал, из которого делаются трубы, должен быть устойчивым к высоким температурам, поскольку он используется для создания системы отопления
Таким образом, использование змеевика считается оптимальным и целесообразным решением для дома, в котором для обогрева используется печка, не способная самостоятельно обеспечивать равномерный и эффективный обогрев каждого помещения в строении.
Особенности устройств, используемых в бане
По конструкции описываемые устройства можно разделить на встроенные им прикрепленные к дымоходу. Изделия второго типа часто называют устройствами самоварного типа.
Встроенные конструкции состоят из небольшого бачка емкостью до 5 литров. Он устанавливается между топкой и кожухом теплогенератора.
К теплообменнику при помощи труб происходит подключение емкости объемом до 100 литров. После нагрева отопительной установки происходит подъем горячей воды по трубе. Остывший теплоноситель поступает обратно в теплообменник. Благодаря этому во внешней емкости поддерживается нужная температура теплоносителя.
Устройства самоварного типа представляют собой герметичную емкость, опоясывающую дымоход. В процессе нагрева жидкости в таком случае происходит использование тепла от продуктов сгорания, движущихся по трубе.
Выбираем конструкцию прибора
Выбирая подходящий теплообменник для печи, стоит стремиться к тому, чтобы общая площадь поверхности готового изделия была наибольшей. Это позволит обеспечить наиболее эффективный обогрев помещения.
Змеевик
Наибольшее распространение получили регистры (змеевики). Такие теплообменники варят из гладкостенных труб диаметром 40 – 50 мм. Внешне они напоминают решетку характерной Г-образной формы. Для их изготовления можно использовать не только круглые, но и профильные трубы с близкой площадью поперечного сечения.
Обратку и выход горячей воды можно располагать как с одной стороны регистра, так и с разных.
Следующими по популярности можно назвать прямоугольные или цилиндрические баки, внутри которых располагается труба или змеевик. Длина такого теплообменника зависит от параметров топливника печи. Теплообменник, устанавливаемый на дымоход, как правило, имеет цилиндрическую форму. Внутри него проходит труба, диаметр которой равен диаметру дымохода. Патрубки привариваются снизу. Может использоваться как для обогрева помещения, так и для нагрева воды.
Такая конструкция требует особого внимания. Из-за быстрого остывания продуктов сгорания значительно снижается тяга в самом дымоходе. Это способствует замедлению горения топлива.
Установка изделия на отопительно-варочную печь требует особого внимания. Необходимо позаботиться о том, чтобы горячие газы проходили над его верхней полкой и входили в дымоход в передней части топливника.
В таком случае плита для приготовления пищи может располагаться прямо над теплообменником. Допустимо также изготовление регистра без верхней полки. Так называемая полка состоит из нижней и боковых частей, соединенных между собой трубами.
Конструктивные элементы оборудования
Как правило, для создания полноценного отопления дома используется целостная система. Она состоит, в первую очередь, из металлического бака, обладающего достаточно существенной емкостью. К нему подключаются специальные патрубки. Этот элемент никаким образом не контактирует с открытым огнем. С помощью печного оборудования производится обогрев воды, после чего она поступает по змеевику в отдельные комнаты строения. В этом случае может обеспечиваться равномерный и качественный обогрев всего дома
Здесь важно правильно подсоединить оборудование к печи, причем сам прибор может подключаться снаружи или внутри печи
Принцип работы
При горении жидкого топлива или угля, особенно в самодельных печах, на входе в дымоход температура газов достигает 600°С и даже выше. Для поддержания активной тяги такие температуры не нужны, они только ухудшают ситуацию. Ничто не мешает забрать часть тепла без ущерба для функционирования печи и отдать воздуху в помещении или воде в системе отопления или ГВС. Так если снизить температуру газов с 600°С до 400°С, то в зависимости от качества теплообменника и объема протекающих газов мощность нагрева может достигать нескольких киловатт.
Задача заключается в том, чтобы обеспечить активный теплообмен между перегретыми газами, вырывающимися из стопки, и целевой средой: водой или воздухом. Ключевой является площадь контакта. Располагать, например, воздуховоды или змеевик водяной трубы внутри дымохода не лучшая идея, даже с учетом всех остальных особенностей любые объекты в канале будут способствовать лишь образованию сажи и конденсата, что быстро выведет из строя дымоход и соответственно превратит работу печи в опасное для окружающих мероприятие.
Есть три оптимальных варианта для теплосъема с дымохода:
- Змеевик вокруг дымохода.
- Водяная рубашка. Поверх трубы дымохода одевается цилиндр большего диаметра и заполняется теплоносителем. Разбивка канала дымохода на группу каналов меньшего диаметра позволяет повысить площадь контакта.
- Тормоз для дымохода. Канал дымохода формируется в виде змеевика, лабиринта, по которому движение газов замедляется, что увеличивает теплоотдачу.
Первые два варианта подойдут для формирования водяного контура и использования тепла в системе отопления или ГВС. Третья конструкция больше подходит для локального обогрева воздуха.
У всех типов теплообменников есть особенности, которые не стоит игнорировать. Если нагреваемой средой является вода, то возникает проблема с чрезмерным теплообменом. Когда дымоход уже горяч, и печь активно топится, подача в теплообменник холодной воды вызывает резкое понижение температуры стенок дымохода. Это неизбежно приводит к конденсации влаги из отработанных газов на стенках дымохода, и, как следствие, происходит быстрое заполнение канала гарью и золой. Чтобы справиться с этим, необходимо снизить скорость теплообмена и разницу температур.
Воздушный теплообменник
Наряду с высокой производительностью получить долговечность очень сложно. С одной стороны увеличение площади контакта теплообменника и дымохода увеличивают выход тепла, с другой стороны чрезмерный забор тепла грозит большими проблемами вплоть до полного выхода дымохода из строя.
Оптимальные характеристики теплообменника для дымохода:
- Водяной контур должен снабжаться отдельным теплоаккумулирующим баком, исключая подачу холодной воды непосредственно на теплообменник.
- Конструкция теплообменника должна быть легкосъемной, для чистки и обслуживания.
- Мощность теплообменника подбирается исходя из реальных показателей печи и дымохода так, чтобы температуры газов выше теплообменника было достаточно для поддержания тяги.
В качестве материалов для теплообменника лучше выбирать нержавеющую сталь, способную выдержать резкие перепады температур. Внутренняя поверхность теплообменника, контактирующая с дымом по возможности должна быть идеально гладкой, чтобы конденсат даже при появлении срывался в конденсатосборник, не создавая лишних проблем.
Самодельные теплообменники для дымохода часто собираются без учета этих требований и без предварительного расчета, от чего возникает масса проблем, как с нагревом воды, так и состоянием дымохода.
С воздушными теплообменниками все обстоит проще. Если не подавать большой объем холодного воздуха с улицы, а использовать его для подогрева внутреннего объема в помещении, то перепада температур не будет достаточно для активной конденсации.
Как сделать винтовой змеевик
После того как вы сделали расчет змеевика теплообменника можно приступать непосредственно к изготовлению. Винтовую конструкцию сделать достаточно просто. Диаметр петли нужно подбирать исходя из размера бака, в который будет осуществляться монтаж. Нужно чтобы трубы не прикасались к корпусу.
Накручивать витки нужно на круглую болванку. Медь легко гнется, поэтому не нужен никакой дополнительный инструмент. Желательно соблюдать небольшой отступ между витками, чтобы теплоноситель контактировал с трубой со всех сторон. Это увеличит площадь теплообмена, что позволит достигнуть максимальной тепловой мощности, которую мы рассчитывали.
Общие сведения
Функции змеевика
Змеевик или теплообменник чаще применяется для создания еще одного нагревающего контура, без которого сгораемое топливо начинает нагревать стены печи, которые, в свою очередь, при взаимодействии с воздухом начинают отдавать свое тепло, но оно по газоотводной трубе будет просто улетать.
Посредством змеевика происходит отдача лишнего тепла из воздуха циркулирующей воде, чем повышается экономичность благодаря получению двойного коэффициента на 1 ед. топлива. Теплообменник применяется в печках бань, домов, гаражей. И везде выполняемая функция будет разной -нагревание воды в душе, отопление помещений и т. п.
Разновидности
Змеевики различаются по конструкции, по материалу изготовления, а также местом расположения в системе.
Существуют следующие виды:
Змеевик в виде спиральной трубы. Этот тип встраивается непосредственно в резервуар, в котором находится жидкий теплоноситель. Концами эта труба развальцована в стенки, благодаря чему происходит циркуляция теплоносителя внутри и нагревание им воды в емкости. Если правильно рассчитать длину змеевика, подобрать материал, из которого он будет изготовлен, количество его колец, вполне возможно ускорить процесс нагревания воды. При оставлении части змеевика в открытом состоянии, можно увеличить прогревание помещения.
Змеевик с баком. Емкость с трубой змеевика проводится в максимальной близости от топки
Здесь важно строгое соблюдение уклона проводимой трубы для того, чтобы проходила естественная циркуляция. Иногда для этого устанавливается электронасос
Как правило, этот вид используется при создании отопительного контура. Благодаря тому, что нагрев воды происходит при прохождении по трубе, огибающей топку, повышается скорость нагревания.
В виде трубной доски, состоящей из 2 герметичных баков и множества маленьких труб. Баки располагаются по разным сторонам топки и связываются трубами. Теплообмен происходит в точках соединения. Такие конструкции применяются для отопления больших помещений, в том числе и многоэтажных зданий.
Важно: При эксплуатации этого типа теплообменника необходимо учитывать химический состав воды, т. к
при образовании большого количества накипи может происходить прорывание стенок.
В виде водяной рубашки. Конструкция представлена двумя герметичными резервуарами, располагаемыми один в другом. Этот вид эффективен и прост в использовании. Благодаря тому, что теплообмен протекает стремительнее.
Материалы
Змеевик может быть изготовлен из следующих материалов:
меди. Это самый оптимальный материал для теплообменника. Так как медь очень пластична, трубка может изгибаться и принимать любую форму. Также обладает высоким коэффициентом теплопроводности, превышающий 380. Однако, медь не очень стойкая к жару и достаточно дорогостоящая;
- нержавейки. Этот материал также обладает достаточной пластичностью, стойкий к температурным колебаниям, но ее теплопроводность ниже;
Заметка: Оцинкованную сталь нельзя применять при нагревании,т.к. нагреваясь она начинает выделять ядовитые соединения.
Металлопластика. Считается легкодоступным и практичным материалом, но не отличается высокой теплопроводностью, которая в два раза ниже меди. Однако, металлопластик обладает долговечностью и стойкостью к температурным колебаниям.
Чаще других используют трубы из меди для изготовления змеевика. К таким трубам легко присоединят разнообразные фитинги.
Для конструкции используют 50 мм п-образная труба. Если в печи не предусмотрено варочное место, то на верхней части змеевика приваривают дополнительные маленькие трубки.
Змеевик из стальных листов используется, в основном, в печках только для обогрева строения. Изготавливаются из 0,5 см металлического листа, отрезков прямоугольных труб 40*60 мм и круглых трубок такого же размера для подведения воды.
Благодаря установке водного контура в печное отопление можно добиться повышения эффективности топливного расхода. При сгорании теплоносителя его энергия идет на нагревание корпуса, дымового канала и стен, и, в то же время, обеспечивается высокая температура циркулирующей воды в трубах.
Можно выделить следующие преимущества:
- Легко сделать самодельный змеевик для кирпичной печи;
- возможность комбинированного обогрева посредством теплых паров воздуха от печки и горячей воды в батареях;
- больший выбор топлива.
О чем следует помнить?
При естественной циркуляции теплоносителя располагать теплообменник над печью следует на расстоянии 1,5 – 2,5 м. Из-за постоянного изменения геометрических параметров, трубы к стене нельзя крепить достаточно плотно. Стоит обязательно предусмотреть небольшой зазор.
Важно помнить, что если печь используется не только для обогрева дома, но и для нагрева воды, на теплообменник должно уходить максимум 10 % от общего количества выработанного тепла. При использовании для отопления конструкции с расширительным баком, объем последнего следует выбирать таким образом, чтобы находящаяся в нем вода смогла нагреться до требуемой температуры за два часа
Если дом не предназначен для постоянно проживания, а используется лишь время от времени, то от водяного отопления лучше отказаться. Желательно вместо воды заливать специальный антифриз, если планируется протапливание печи с теплообменником в холодное время года. Это позволит избежать разрыва труб. Помните, что добавление теплоносителя при полном нагреве печи недопустимо.
