Теплообменники для печи

Традиционно для отопления частных домов используются печи. Однако в силу конструкционных особенностей или увеличения площади помещения их мощности бывает недостаточно для эффективного обогрева всего строения. В таком случае приходится искать пути для повышения теплоотдачи при тех же затратах. При желании можно сделать теплообменник для печи своими руками. Это значительно повысит уровень теплоотдачи.

Выбираем материал

Змеевик традиционно изготавливается из трубы, протяженность и диаметр которой определяются желаемым уровнем теплоотдачи. Эффективность работы конструкции будет зависеть от теплопроводности используемого материала. Чаще всего используются трубы:

• медные с коэффициентом теплопроводности 380;
• стальные с коэффициентом теплопроводности 50;
• металлопластиковые с коэффициентом теплопроводности 0,3.

Медный или металлопластиковый?

При одинаковом уровне теплоотдачи и равных поперечных размерах длина металлопластиковых труб будет в 11, а стальных в 7 раз больше, чем медных.

Именно поэтому для изготовления змеевика лучше всего использовать отожженную медную трубу.

Такой материал отличается достаточной пластичностью, а потому ему легко можно будет придать желаемую форму, например, путем гибки. К медной трубе легко подсоединяется резьбой фитинг.

Ищем подручные средства

Учитывая высокую стоимость материалов, будет уместно рассмотреть возможность использования уже отслуживших свое изделий, но еще не выработавших полностью ресурс. Это не только снизит затраты на изготовление теплообменника, но сократит время на выполнение монтажных работ. Как правило, предпочтение отдается:

• любым радиаторам отопления, не имеющим течи;
• полотенцесушителям;
• радиаторам от автомобилей и другим похожим по конструкции изделиям;
• проточным водонагревателям.

Конструктивные особенности

Чаще всего в качестве теплообменника выступает металлический бак емкостью до 5 литров с вмонтированными патрубками. Непосредственный контакт с огнем отсутствует. Прибор позволяет нагреть холодную воду, которая затем поступает в радиаторы или съемный бак большей емкости, расположенный в этой же или соседней комнате.

В результате, протапливая печь в одной комнате, можно будет обогреть и другую. По своему конструктивному исполнению теплообменник для печи может быть внешним и внутренним.

Внешний

Такой тип очень напоминает резервуар, заполняемый теплоносителем. Внутри емкости располагается часть трубы, используемая для отвода продуктов горения. По своему конструктивному исполнению внешний теплообменник более сложный, чем внутренний, так как предъявляет повышенные требования к выполнению сварочных работ.

Однако его техническое обслуживание осуществлять намного проще. При необходимости резервуар может быть демонтирован с целью удаления накипи или устранения протечки.

Внутренний

Монтируется над топкой прямо внутри печи. Отличается простотой монтажа, но при необходимости проведения технического обслуживания могут возникнуть определенные трудности. Особенно если печь выложена из кирпича.

Чтобы этого избежать, в момент разработки конструкции стоит позаботиться о ремонтопригодности будущего теплообменника.

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.

Вариант выхода определяется конструктивными особенностями самой печи и схемой разводки труб в системе отопления.

Бак

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.

Правила конструирования

При проработке конструкции важно обеспечить соблюдение следующих условий:

• внутренние пустоты в теплообменнике должны быть больше 5 мм. При меньшей ширине возможно закипание воды;
• для избегания прогорания материала следует использовать трубы с толщиной стенок более 3 мм;
• необходимо обязательно предусмотреть зазор 10 – 15 мм между стенкой топки и теплообменником для компенсации расширения металла при нагреве.

Приступаем к монтажу

Последовательность выполнения работ зависит от конструктивных особенностей теплообменника.

Установка прибора с регистром

При монтаже в старую печь придется разобрать часть кладки. Последовательность выполнения работ выглядит следующим образом:

1. Готовим фундамент для змеевика прямо в полости топки.
2. Устанавливаем змеевик.
3. Укладываем разобранный ряд кирпичей, оставляя места для входной и выходной части труб.
4. Подключаем теплообменник к системе отопления.

До начала эксплуатации резервуар стоит в обязательном порядке проверить на герметичность. Убедиться в отсутствии протечек можно путем заполнения его водой, желательно, под давлением.

Монтаж устройства с емкостью

Наилучший вариант для печи или камина. Изготавливается из металлического бака и двух медных трубок. Объем бака, как правило, составляет около 20 литров. При отсутствии готового изделия резервуар достаточного объема изготавливается своими руками путем сваривания листовой стали.

Для изготовления теплообменника следует использовать материал толще 2,5 мм. Сварку стоит производить таким образом, чтобы толщина формируемого шва была минимальной.

Резервуар необходимо установить на 1 метр выше уровня пола, но не дальше 3 метров от печи. В баке проделываются два отверстия: одно около дна, второе – в наивысшей точке с противоположной стороны. Эффективность теплоотдачи зависит от расположения магистралей.

Необходимо стремиться к тому, чтобы минимальное отклонение нижнего отвода в направлении пола составляло 2 градуса. Верхний должен быть подключен под углом 20 градусов в противоположном направлении.

Производится монтаж сливного крана в накопительный бак. Предусматривается еще один кран, предназначенный для слива всей системы, который устанавливается в самой нижней точке. После проверки герметичности система готова к эксплуатации. Эффективность такой печи с теплообменником можно будет по достоинству оценить в холодное время года.

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.

Трубы для обратки должны иметь меньший диаметр, чем трубы для подачи теплоносителя. Материал, предназначенный для уплотнения резьбовых соединений, выбирается с достаточным уровнем жаростойкости.

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.

Теплообменник для печи — это устройство, которое обеспечивает передачу тепловой энергии сгорающего топлива к нагреваемому теплоносителю, находящемуся в изолированном от внешней среды контуре. Таким образом существенно повышается общая энергоэффективность, так как меньше тепловой энергии в буквальном смысле слова уходит в трубу дымохода. Как правило, это стальная или медная конструкция, сваренная из труб, внутри которой циркулирует теплоноситель — вода либо антифриз. Рекуператор непосредственно контактирует либо со стенками печи, либо с продуктами сгорания в дымоходе, другая его половина расположена в помещении.

Практически любая печь, кроме электрической, представляет собой конструкцию, в которой тепловая энергия вырабатывается путем сжигания топлива. Эта энергия нагревает стенки, сложенные из кирпича или сваренные из металла, а уже от них прогревается воздух в доме. Коэффициент полезного действия довольно низок, так как существенное количество тепла улетучивается в дымоход с угарными газами. Но можно повысить теплоотдачу, оборудовав печь теплообменником.

Как работает теплообменник?

Движение жидкости внутри труб основано на известных всем законах физики, в частности на законе теплового расширения. Нагретая жидкость расширяется, а значит, ее плотность и вес уменьшаются, и теплоноситель устремляется по трубе вверх. Остывший теплоноситель, наоборот, сжимается и уплотняется, поэтому под действием гравитации стекает вниз, в ту часть, которая находится в печи.

Проходя через раскаленную печь, теплоноситель контактирует со стенками и нагревается, после чего выходит по трубе наружу и отдает тепло помещению в виде излучения, а также нагревает воздух конвекционным способом. Остывший теплоноситель возвращается в нагретое пространство, вновь отбирая там тепло и выводя его в помещение. Использование печи с теплообменником дает возможность существенно повысить КПД и уменьшить дневное потребление угля или дров.

Виды теплообменников для печи

Все теплообменники для печи делятся на две основные группы:

наружного типа — представляют собой емкость, заполненную теплоносителем (чаще всего водой), внутри которой проходит дымоход с раскаленными продуктами горения. Проходя через резервуар, топочные газы нагревают теплоноситель, после чего, остыв, выбрасываются наружу;

внутреннего типа — состоят из спиральной трубы или регистра труб, вмонтированных непосредственно в стенки либо в потолок топочной камеры.

Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки Печь с теплообменником наружного, или «самоварного», типа более эффективна, так как в ней теплообмен происходит с уже отработанными газами, которые иначе были бы просто выброшены через дымоход. Но такая конструкция достаточно сложна в исполнении, требует точного расчета и знания законов движения воздуха. Внутренний теплообменник устроить намного проще, здесь никаких особых расчетов не требуется. Однако стоит помнить, что вмонтированную в тело печи трубу практически невозможно прочистить или отремонтировать при протечке.

Материалы для теплообменника

Теплообменники для печей изготавливают из разных материалов. Выбор зависит от финансовых ограничений владельца и от предпочитаемой конструкции.

Металлопластиковая труба — крайне неудачный выбор. Помимо того что она обладает очень невысоким коэффициентом теплоотдачи, следует помнить, что при нагреве пластик начинает выделять вредные для здоровья фенольные соединения. Использовать металлопластиковые трубы там, где температура нагрева может превысить 200 градусов, вообще нельзя.

Медная труба — отличный вариант. Коэффициент теплопроводности меди очень высок, материал отлично передает нагрев теплоносителю и не препятствует нагреву воздуха. К сожалению, медная трубка стоит недешево, а поэтому доступна не каждому.

Стальная труба — наиболее распространенный материал. В идеале она должна быть изготовлена из аустенитовой нержавеющей стали (пищевой), которая обладает высокой долговечностью и полностью безвредна при нагреве. Оцинкованные трубы использовать не стоит из-за активного испарения цинка при высокой температуре.

Нередко в целях экономии теплообменники для печей изготавливают с использованием старых чугунных батарей, использованных полотенцесушителей, автомобильных радиаторов и т. д. Обязательное условие: чтобы организовать естественную циркуляцию воды, длина одной «нитки» не должна превышать 3 метров, а сечение труб не должно быть меньше дюйма.

Монтаж печи с внутренним теплообменником

Для изготовления печи с теплообменником своими руками чаще всего выбирают схему внутреннего размещения из-за простоты. Как показывает практика, тепловой обмен работает более эффективно, если располагать змеевик не в топочной камере, а в толще печной стены. Казалось бы, внутри топки, где температура более высока, чем в стене, теплоноситель должен нагреваться лучше. Но на самом деле все объясняется достаточно просто.

Змеевик, размещенный внутри камеры, отбирает тепловую энергию непосредственно от пламени, поэтому на долю стенок тепла уже остается меньше, а излишки все так же улетучиваются в дымоход. Если же подогреваемая среда контактирует со стенками, то на нагрев топочной камеры при сгорании используется больше энергии, а значит, печь работает более эффективно. Отдающую область размещают выше печи, но немного в стороне, чтобы обеспечить доступ прохладного воздуха для обмена теплом.

Простая схема наружного теплообменника

Для того чтобы обеспечить максимальную разность температур между холодной и горячей частями устройства, наиболее целесообразно использовать дымоход колпакового типа. Внутри него размещается достаточно объемная емкость, заполненная водой, предназначенной для нагрева. Горячий топочный газ находится в верхней части колпака и нагревает емкость, а по мере остывания опускается в нижнюю, после чего выводится наружу. Такая схема позволяет наиболее эффективно использовать тепловую энергию, полученную при сжигании дров или угля.

Чтобы облегчить нагрев жидкости, емкость делается в виде регистра широких труб, связанных в единый контур. Несколько труб, установленных вертикально — наиболее простая в исполнении и работоспособная конструкция, которая к тому же не требует дорогостоящих материалов. Теплообменный аппарат из аустенитной (пищевой) нержавейки выдерживает без изменения характеристик достаточно большой нагрев, а при сварке образует прочные, долговечные швы.

Колпаковый дымоход с теплообменником — лучший вариант для отопления второго или мансардного этажа. Конструкция колпака представляет собой вертикальный цилиндр, расположенный над печью, а трубы теплообменника уходят еще выше — на второй этаж дома. Дачный дом, оборудованный колпаковым дымоходом, прогревается полностью не более чем за час.

Особенности конструкции теплообменника

Конструкционное решение напрямую зависит от схемы размещения. Чем больше площадь поверхности, контактирующей с горячим воздухом, тем активнее идет процесс нагрева, поэтому наиболее распространенные формы — многотрубный регистр или спиральный змеевик. Отдающая часть устройства изготавливается по тому же принципу, но нередко размещается в цилиндрическом или прямоугольном корпусе из эстетических соображений. Чтобы печь с теплообменником пластинчатым прослужила долго, обеспечивая качественный нагрев помещения, необходимо соблюдать несколько общих правил:

• внутренние диаметры элементов нигде не должны быть меньше дюйма, иначе в узких местах вода будет активно кипеть, препятствуя циркуляции;
• толщина стенок труб в части, подвергаемой нагреву, должна быть не меньше 3 мм, чтобы избежать прогорания металла с течением времени;
• между стенкой печи и теплообменником должен оставаться зазор, равный примерно 10—15 мм, для компенсации теплового расширения труб;
• следует предусмотреть возможность промывки труб изнутри для избавления от накипи, если в качестве теплоносителя используется вода.

При соблюдении этих несложных правил теплообменное устройство будет служить в течение нескольких десятилетий.

Обычно печь передаёт жар от сгорающего топлива, непосредственно нагревая кирпичи. Метод простой и надежный. Но мало эффективный, поскольку такая печь может обогреть небольшую площадь. Да и само тепло попусту «вылетает в трубу» — в буквальном смысле. Теплообменник для дровяной печи повышает площадь отапливаемых помещений. Такая конструкция позволяет получить горячую воду дополнительно к теплу.

Свернуть

Теплообменник для кирпичной печи относится к приборам непрямого нагрева воды. Принцип его работы — жидкость циркулирует в замкнутом пространстве устройства, в результате естественной конвенции. Под воздействием тепла, вода нагревается.

Более горячие слои поднимаются наверх, их место занимают холодные слои. Перемешивание воды под воздействием тепла называется циркуляцией. Нагревшаяся вода или любой другой жидкий теплоноситель, поднявшись, отдаёт тепло воде. Сама печь не является теплообменником, поскольку создает тепло.

Функции

• Чаще всего используются теплообменники для получения второго нагревающего контура. Без него топливо сгорая, нагревает стенки топки. Взаимодействуя с воздухом, нагретые кирпичи отдают тепло. Но оно по газоходу улетает.
• С помощью теплообменника в кирпичной печи, горячий воздух отдает излишки тепла циркулирующей жидкости. Позволяет повысить экономичность, получая на выходе двойной коэффициент на одну топливную единицу.
• Используется теплообменники в печах для бани, гаража, дома. В каждом перечисленном варианте у теплообменника своя функция — нагрев воды для душа, нагрев теплоносителя для отопления и тому подобное. Различные конструкции повышают области применения.

Виды

Виды теплообменников разделяются по конструкции, месту расположения и по материалу изготовления. Для каждого конкретного случая можно подобрать совокупность этих видов.

Совмещая конструкцию и материал, правильно разместив — можно неплохо поднять КПД кирпичной печи. Стоит рассмотреть — как сделать теплообменник для печи без лишних затрат. Разбирая виды существующих конструкций можно подобрать самый оптимальный теплообменник для той или иной планировки.

• Змеевик. Создается из трубы, свёрнутую в виде спирали, длинной несколько метров. Такой водяной теплообменник для печи, устанавливается в ёмкость с жидким теплоносителем. Концы трубы развальцовывают в стенки, позволяя теплоносителю циркулировать внутри, попутно нагревая воду в баке. При правильно рассчитанной длине змеевика, материала его изготовления, количества колец можно ускорить нагрев воды. Так же часть змеевика, остающаяся на воздухе, увеличивает скорость прогрева помещения.
• Теплообменник с емкостью. Бак и труба теплообменника для печи, проведена непосредственно вблизи топочного отделения. Нужно строго соблюсти градус наклонов подводимых труб, для достижения естественной циркуляции. В некоторых случаях приходится ставить электрический насос для этих целей. В этом решении есть свои плюсы — вода нагревается непосредственно пропускаясь через трубу, огибающую топку. Такое решение повышает скорость нагрева. Обычно используется для отопительного контура.
• Трубная доска. Состоит из двух полностью герметичных ёмкостей и большого количества мелких труб. Основные трубы-ёмкости, расположены на разных частях, около топочного пространства и связаны трубами. В местах соединения происходит теплообмен. Такая конструкция используется в отоплении большого пространства, вплоть до многоэтажек. Эксплуатация такого теплообменника усложнена, поскольку приходится соблюдать меры предосторожности. Здесь важен химический состав воды, из-за образования накипи возможны прорывы стенок.
• Водяная рубашка. Этот теплообменник сложнее всего создать своими руками. Его конструкция — два герметичных резервуара, расположены один в другом. Эффективна и проста в эксплуатации — теплообменник для печи из трубы. Позволяет быстро проистекать теплообмену, но сложна в изготовлении — требует профессиональных навыков.

Материал изготовления

1. Медь. За счёт своей пластичности, медь наиболее оптимальна при изготовлении теплообменника. Медная трубка проста для изгибания, придания любой формы.У неё высокий коэффициент теплопроводности — более 380. Но медь так же недостаточно жаропрочный материал и дорого стоит.
2. Нержавейка. Тоже достаточно пластичный и отзывчивый материал. Хотя имеет более низкий коэффициент теплопроводности. Зато устойчив к перепаду температур. Из него можно сварить любой вариант конфигурации. ВАЖНО: Нельзя использовать оцинкованную сталь, при нагревании она выделяет в воздух ядовитые соединения цинка.
3. Металлопластик. Легкодоступный практичный материла. Легко можно найти, но у него низкий коэффициент теплопроводности! Практически на два порядка ниже, чем у меди. Зато этот материал долговечный, устойчивый к температурным перепадам.

Как правильно выбрать?

При выборе основополагающую роль играет цена на теплообменник для печи. От выбора материала зависит конструктивное решение. Второй по важности аспект — возможность изготовления.

И окончательно завершает выбор, место, где печь будет стоять. Учитывать надо что именно требуется достичь. Нужна отопительно-варочная печь или обогрев гаража, будет ли это каменка для бани или печка для отопления деревенского дома. Для каждого варианта есть свои особенности и тонкости.

Главное: точно рассчитать какую площадь надо отапливать, нужна ли попутно горячая вода, сколько единиц топлива возможно тратить в отопительный сезон и многое другое. Итог всех прикидок должен быть один — ориентируясь на финансы, доступные материалы, нужды, подобрать максимально подходящую конструкцию.

Что лучше в разных вариантах:

• Для бани — нуждается в комплексном варианте. Первоочередная задача — нагрев воды и двух помещений. Предбанник и парилка, плюс возможно душ. Здесь лучше использовать змеевик для печного отопления и нагрева воды. Так же дополнительный нагрев парилки улучшает качество пара в русской бане. Читайте также: Теплообменник для банной печи своими руками.
• Для дома — учитывайте нужные функции. От этого зависит выбор конструкции. Чаще всего в деревенских домах стараются строить универсальные отопительно-варочные печи. Теплообменники сюда возможно установить широко используемые, которые просты в изготовлении и решают не менее трёх задач — отопление, приготовление еды, подогрев воды. Распространенный вариант использования теплообменник в кирпичную печь для отопления, с ёмкостью.
• Для гаража — тут выбор проще, ведь здесь нагрев воды не обязателен и важно только отопление. Такие условия упрощают выбор. Отлично подойдут самодельные горизонтальные теплообменники для печи отопления, сооружённые из подручных материалов — старые чугунные батареи, автомобильные радиаторы и тому подобное.

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.

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: