Теплообменник на трубу дымохода

Теплообменник на трубу дымохода

При печном отоплении часть тепла всегда вылетает в трубу. Буквально: в обычную печную трубу. «Отопление» улицы оплачивают владельцы помещений при покупке твёрдого или жидкого топлива. Сэкономить деньги и увеличить эффективность работы отопительной печи зачастую способен лишь теплообменник на дымоход.

Что такое теплообменник на трубу дымохода? Какие виды теплообменников существуют и какие особенности есть у теплообменных систем для домов и бань? В чём плюсы установки систем теплообмена и существуют ли минусы? Разберём подробно.

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:

  • воздушные;
  • жидкостные (водяные).

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.

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.

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.

Виды теплообменников для дымохода

Главное деление таких устройств заключается в том, что именно они нагревают. Есть 2 варианта:

Воздух. Нагревается только в том помещении, где стоит теплообменник.

Вода. В этом случае экономайзер располагается на дымоходной трубе, и к нему подводится 2 трубы. По одной — поступает холодная вода. По второй — отводится нагретая.

Ниже рассмотрим виды таких изделий подробнее.

З меевик (для нагрева воды) (+видео со змеевиком из гофры)

Самый простой водяной экономайзер имеет форму змеевика (трубы, много раз «обмотанной» вокруг дымохода). Вода подводится с одного конца трубы, проходит по змеевику, и выходит со второго конца. Нагрев происходит за счет большой площади соприкосновения змеевика с горячим дымоходом. Чем больше витков — тем больше площадь соприкосновения, и тем лучше нагрев.

Именно такой теплообменник проще всего сделать своими руками. Для работы лучше использовать медную трубку.

Недостатки такого варианта:

Не получится регулировать температуру воды.

Сложно рассчитать, какой длины должен быть змеевик — потому что температура дымовой трубы непостоянна. Слишком короткий змеевик — может разорвать (вода просто закипит). Слишком длинный — не будет нагревать воду нормально.

Регистровый (для нагрева воды) (+видео)

Заводское изделие. По факту — это тот же медный змеевик, но заключенный в внешний корпус, и изготавливаемый по расчетам. То есть длина выбирается не наугад, в отличие от самодельного змеевика.

Также у регистровых теплообменников медная трубка не соприкасается с дымовой трубой, а проходит на небольшом расстоянии в несколько миллиметров. Благодаря этому уменьшается вероятность закипания воды. А наружный кожух — красивее смотрится в помещении, и улучшает прогрев воды в змеевике.

Воздушный теплообменник

Самый простой вариант — вокруг дымохода навариваются стальные трубы высотой 0.5-1 м.

Холодный воздух «тяжелее» теплого, и опускается вниз. Соприкасаясь с горячей трубой он нагревается, и поднимается вверх, «уступая» снизу место холодному воздуху.

Читайте также  Чем помыть холодильник внутри и снаружи

В принципе воздух в комнате точно так же нагревается и от самого дымохода. Назначение конвектора (наваренных вокруг труб) — в увеличении площади нагрева. Чем больше площадь — тем больше тепла она отдаст воздуху.

Теоретически можно создать воздушный теплообменник, проведя пустые трубы прямо через топку, или через дымоход внутри. Но на практике это вредно, потому что:

можно ухудшить тягу, если делать это без расчетов, своими руками;

ускорится загрязнение печной трубы , а чистить сажу вокруг трубы будет тяжело.

Есть и более удачная конструкция, позволяющая обогревать не только помещение с котлом, но и смежные комнаты, находящиеся рядом, через стенку. Для этого поверх трубок «надевается» закрытый корпус. Снизу — он открытый (не глухой, то есть воздух может попадать снизу к трубкам). Другой вариант — снизу есть отвод, через который воздух будет попадать внутрь корпуса для нагрева.

Сверху от корпуса отводится вбок труба (1 или 2 — в зависимости от того, сколько помещений вы хотите греть от дымохода). Она проходит через стену и выходит в соседнее помещение.

Принцип работы такой: холодный воздух попадает снизу к нагретым от дымохода трубкам. От них он забирает тепло, и по боковой трубе — попадает в комнату через стену.

Как установить змеевик на дымоход

Эта витая конструкция считается самой простой. Она является прямоточной, поэтому многое будет зависеть от диаметра навиваемой трубки и скорости движения воды внутри нее. Здесь соотношения такие:

  • Чем больше диаметр змеевика, тем больше в нем объема воды, который придется дольше нагревать.
  • Чем быстрее движется по виткам вода, тем меньше она забирает тепловой энергии, просто не успевая.

Решить эти две проблемы можно двумя способами:

  1. Увеличить длину трубы, скручиваемую в змеевик. То есть вода как можно дольше должна находиться внутри теплообменника.
  2. Установить перед змеевиком отсекающий вентиль, с помощью которого можно было бы контролировать подачу жидкости. Таким способом можно увеличивать или уменьшать скорость движения воды.

Монтаж водяного теплообменника этого типа проводится на стадии установки дымохода. Потому что надо в змеевик вставить дымоходные трубы.

Для этого потребуется:

  • труба из меди, алюминия или стали длиною 3 м;
  • два гибких шланга для подключения к системе горячего водоснабжения, требуемой длины;
  • вентиль.

Как правильно согнут трубу в змеевик

Самое сложное – согнуть трубу в змеевик. Если это стальное изделие диаметром меньше 25 мм, то ее можно согнуть на ручном трубогибе. Если диаметр больше данного значения, или используется алюминиевая, медная труба, то без нагрева их не обойтись. Для этого используется стандартная газовая горелка, работающая на пропане.

Есть другой способ, который сегодня практически не используют. Для этого в трубу засыпают мелкий просеянный песок, с двух сторон ее закрывают заглушками, а затем гнут по трубе диаметром 100, 120 или 150 мм. То есть соответствующей размерам дымохода. После готовую конструкцию освобождают от наполнителя и промывают под напором воды.

Следующий этап – нарезка резьбы на конце змеевика. Для этого используют лерку. Если теплообменник изготовлен из стальной трубы, то к концам можно приварить электросваркой сгоны с соответствующим диаметром под гибкие переходные шланги.

Все готово, можно монтировать теплообменник. Чтобы он не спадал с дымохода, можно его прикрепить к нему с помощью пайки. При этом увеличиться и теплообмен между двумя элементами. Далее в нижней части вкручивается вентиль, к нему гибкая вставка, которая противоположным концом присоединяется к водопроводу.

Змеевик из медной трубы на дымоходе печки

Свободный верхний конец теплообменного блока подключают или к накопительному баку, или к крану. Для соединения используется гибкая вставка.

У теплообменников этого типа есть один серьезный недостаток. Если его не использовать при эксплуатируемой печке, то вода внутри трубок закипит. А это недалеко и до гидроудара, который может разорвать стыки соединений.

Особенности монтажа

Для теплообменника на дымоход своими руками, конструкцию разобрали в пункте выше. Сейчас разберем, каким образом происходит монтаж теплообменника рядом с котлом. Такое устройство будет включать:

  • Корпус, то есть, грубо говоря, обшивку печи или котла.
  • Непосредственно накопитель.
  • Патрубки холодной и горячей подачи.
  • Сливные краны теплообменника.

Подробно система конструкции, передана на картинке. Установить теплообменник на трубу дымохода в техническом плане будет немного сложней. Но, в таком случае происходит больший нагрев и циркуляция воды, соответственно больше тепла отдается помещению.

Назначение и особенности устройства

Данная конструкция предназначена для отбора тепла у нагретой дымовой трубы и передачи его теплоносителя, циркулирующему в теплообменнике. Сама конструкция такого устройства зависит от формы и сечения дымохода, материала, из которого он изготовлен, мощности отопительного устройства и теплоносителя, в качестве которого может выступать воздух, вода, масло и различные незамерзающие жидкости.

По циркулирующему внутри устройства теплоносителю, все теплообменники можно классифицировать на воздушные и жидкостные. Воздушные – более просты в изготовлении, но имеют не самую высокую эффективность. Например, для обогрева второго помещения, предбанника или мансарды, необходимо провести туда воздуховод, а если такое помещение расположено достаточно далеко от печи, то необходимо установить вентилятор для создания принудительного воздушного потока.

Теплообменники с жидким теплоносителем, более требовательны к качеству изготовления и материалу, но имеют большую эффективность. Например, дымоход с теплообменником, по которому циркулирует вода, может служить полноценной системой водяного отопления для небольшого дачного домика, если к входу и выходу устройства подключить подачу и обратку на один-два радиатора.

Варианты изготовления приборов своими руками

Предлагаем несколько простых для самостоятельного производства проектов, которые при желании можно сделать из металлических деталей с помощью сварки и электроинструмента.

Обзор теплообменника из газового баллона

Если установить самодельное устройство на буржуйку, эффективность обогрева в помещении вырастет на 30-40%. Чем меньше по площади гараж или мастерская, тем выше продуктивность работы прибора. Предлагаем рассмотреть вариант, который идеально подходит для маленьких печей типа «буржуйка», активно применяющихся для отопления гаражей.