Медный теплообменник для котла своими руками. Теплообменник для системы отопления: основные виды и производители

Главным элементом любой из систем отопления служит особое устройство - теплообменник для отопления дома, в котором происходит передача тепла от генератора тепла к теплоносителю. На современном рынке представлено большое количество различных отопительных котлов, но все их разнообразие не ограничивает фантазию домашних умельцев по части самостоятельного изготовления подобных устройств. В нашей статье читателям будет предложено узнать, для чего нужен теплообменник в системе отопления, как его сделать своими руками и каким способом подключить.

Функция теплообменника в системе отопления

В домашних отопительных системах воздух наиболее часто используются поверхностные теплообменники системы отопления, где тепловая энергия передается через поверхности металлических стенок данного устройства.

Принцип отопления через теплообменник наиболее полно реализован в конструкции газовых, твердотопливных или электрических котлов. Вода циркулирует по изогнутым в виде змеевика трубам, установленным внутри отопительного агрегата, и нагревается от температуры горящего топлива. Нагревшийся теплоноситель уходит в трубопровод отопительной системы, а ему на смену в теплообменник поступает остывшая вода из радиаторов.

До сих пор во многих индивидуальных домах традиционным источником тепла остается печь. Она хороша для обогрева небольшой избы, однако в условиях многокомнатного коттеджа ее тепловая мощность недостаточна. Поэтому в частном доме теплообменник в системе отопления нужен для того, чтобы превратить печку в полноценный водонагревательный котел. Размер и форма самодельного теплообменника для отопления должна вписываться в габариты топливной камеры печи. К этому устройству можно подключить трубопроводы и радиаторы, и тогда отопление дома станет более эффективным.

Виды теплообменников

Более практичны водяные теплообменники для отопления. Это обусловлено тем, что вода намного лучше передает тепловую энергию, чем воздух. Вместе с тем, воздушный теплообменник для отопления также находит применение. Кроме водяного и воздушного, применяется также и теплообменник на дымоход для отопления, который устанавливают не внутрь, а снаружи.

Все выпускаемые промышленностью отопительные устройства оснащены теплообменниками, конструкция которых максимально приспособлена для эффективного нагрева воды.

В заводских условиях теплообменные устройства изготавливают из меди. Труба представляет собой змеевик, поперек изгибов которого расположено множество пластин, обеспечивающих большую площадь теплообмена.

Соорудить у себя дома самодельный теплообменник для отопления, чтобы он был точно как заводской, практически нереально. Поэтому придется выбрать вариант попроще.

Устройство системы

Принцип действия самодельного теплообменника состоит в том, что печь передает ему энергию от сгорания дров или угля, а нагревшаяся вода расходится по трубам во все комнаты. Такой способ отопления позволяет обитателям дома наслаждаться равномерным распределением тепла. Кроме того, все помещения прогреваются гораздо быстрее, а расходы на приобретение топлива снижаются.

Усовершенствовать печное отопление частного дома можно двумя способами:

построить печь «с нуля» под конкретный размер теплообменника;
установить в существующую печь самодельный теплообменник, изготовленный по размерам топки.

Изготовив теплообменник для отопления своими руками, домовладелец может быть уверенным, что его печь с водяным контуром станет действовать не хуже настоящего твердотопливного котла. Отличие будет только в том, что у печки расположение входного отверстия теплообменника получится немного выше над полом, чем у заводских котлов. Это довольно существенная разница, которая может влиять на скорость естественной циркуляции теплоносителя.

Подключение теплообменника к системе отопления нужно сделать таким образом, чтобы труба поступления холодной воды (обратка) была расположена как можно ниже.

Так же, как в обычной системе отопления, в верхней точке трубопроводов нужно вмонтировать расширительный бачок. Он будет компенсировать изменение объема нагретой воды и выпускать из системы пузырьки воздуха. Если отопление через теплообменник с естественной циркуляцией окажется недостаточным для обогрева большого коттеджа, придется установить в систему циркуляционный насос.

Для присоединения самодельного теплообменника для отопления используют 2 штуцера: один снизу (вход холодной воды), другой сверху (выход горячей). При монтаже теплообменника нужно обеспечить необходимый уклон труб, как требуется по схеме.

Преимущества отопления с теплообменником

Если разбираться, для чего нужен теплообменник в системе отопления, можно заметить несколько явных преимуществ:

Простота изготовления. Если в доме уже существует печь, то придется потратиться только на изготовление самодельного теплообменника и монтаж системы отопления.
Комбинированное отопление. Дополнительно к обогреву дома от поверхности печки прибавится водяная система отопления.
Разнообразие видов топлива. Можно топить печь любыми твердыми энергоносителями, в отличие от котлов, ориентированных только на определенный вид топлива.
Красивый внешний вид. Сохранить традиционный вид русской печи бывает полезно при создании интерьера в национальном стиле.

Среди недостатков отопления через теплообменник можно назвать: менее высокий КПД по сравнению с заводскими котлами и отсутствие автоматического контроля за интенсивностью нагрева теплоносителя.

Как изготовить самодельный теплообменник

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант - регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Задача водяных теплообменников для отопления - обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Если предполагается топить печь углём, лучше установить теплообменник из чугуна. Этот металл более крепкий, и стенки устройства долго не будут прогорать.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Можно взять для примера какую-либо известную модель котла и в соответствии с его параметрами изготовить свой самодельный теплообменник.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

Порядок действий:

На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления. Обратим внимание и на другие сферы их применения.

Воздушное отопление

Если охарактеризовать воздушную систему отопления, можно сказать, что у нее больше минусов, чем плюсов. Воздушные теплообменники для отопления мало распространены в частном жилом секторе, они пока еще не стали привычными.

Преимуществом этой системы называют возможность совмещать обогрев с принудительной вентиляцией. Однако возможные ошибки при ее проектировании и монтаже могут свести преимущества к минимуму. В воздуховодах бывает слышен шум вентилятора, а в помещениях ощущается температурный дисбаланс.

Теплообменники для воздушного отопления существуют прямого нагрева, а также косвенного. В первых из них газовое или дизельное топливо сгорает непосредственно в самом теплообменнике. В других моделях используется промежуточный теплоноситель.

Теплообменник на дымоход

На дачах и в банях у «народных умельцев» можно увидеть самодельный водяной или воздушный теплообменник, установленный на дымоход небольшой печи. Получается очень выгодно: тепло не уходит вместе с дымом, а часть его служит для нагрева воды.

Установив теплообменник на дымоход для отопления, можно получать довольно большое количество горячей воды. Конечно, этого не хватит, чтобы обогреть весь дом, но достаточно, чтобы поставить в предбаннике один-два радиатора. Использовать теплообменник на дымоход можно как для отопления, так и для быстрого нагрева воды в бане.

Подобное устройство может быть очень простым в изготовлении. За основу можно взять отрезок большой трубы диаметром 500–700 мм, или сварить бак из нержавейки. В центре конструкции будет проходить вертикальная труба, соответствующая диаметру дымохода, а сверху и снизу должны быть приварены два патрубка.

Отдавая свою температуру теплообменнику, выходящие из печи продукты сгорания быстро остывают. Из-за этого уменьшается тяга в дымоходе и несколько замедляется горение топлива.

Изготовление теплообменника для отопления своими руками может стать способом устроить в доме полноценное водяное отопление без приобретения дорогостоящего оборудования.

Всегда озабочен проблемой его отопления, поскольку, в конечном итоге, именно оно является залогом комфортной жизни семьи.

Традиционным способом согреть дом в нашей стране всегда являлась кирпичная печь, которая и в наше время не теряет свою популярность. КПД различных типов печей может отличаться в разы: от 35% в случае русской печи до 80% у печи Колпакова. Но при этом хорошему хозяину всегда хочется максимально увеличить полезную отдачу отопительного агрегата.

Лучшим способом это сделать является монтаж во внутреннем объеме печи теплообменника, который, поглощая тепло продуктов сгорания, способствует более полному использованию мощности печи и позволяет обогревать весь дом равномерно, независимо от того, где именно находится печь.

Самым известным видом теплообменника является змеевик. Но эта форма не является догмой и подходит далеко не для всех . Поэтому в каждом отдельном случае конструкция и форма теплообменного узла может решаться по-разному.

Для принятия правильного решения необходимо учесть три основных фактора:

Теплообменник не должен мешать загрузке топлива в печь и не должен препятствовать его горению.
Среди геометрических размеров агрегата важными являются два: габариты теплообменника должны соответствовать размерам печи; нельзя превышать максимальный перепад между входом в теплообменник холодной воды и выходом , иначе он будет работать неэффективно.
Максимальная площадь поверхности теплообменника.

По месту расположения все теплообменные устройства можно разделить на два типа:

Внешний теплообменник – располагается возле дымохода и чаще всего представляет собой герметичную емкость, «опоясывающую» . Нагрев жидкости происходит за счет тепла удаляемых продуктов сгорания.
Внутренний теплообменник – емкость, расположенная прямо в топочной камере печи или находящаяся в непосредственной близости от нее.

Поскольку теплообменное устройство почти каждый раз выполняется индивидуально, то нет каких либо конкретных типоразмеров или строго регламентируемых форм. Фактически, это индивидуально изготовляемое устройство, поэтому размеры варьируются достаточно широко.

Что касается форм, то наиболее часто используемыми являются следующие :

Теплообменник из листовой стали . Для его изготовления потребуются следующие материалы: сталь листовая, стальной профиль прямоугольного сечения 60*40 мм (50*40 мм) и труба диаметром 40 – 50 мм для организации подвода и отвода воды в контур.

Из профиля с помощью изготавливают две части: квадратную – для задней части теплообменника и П-образную – для передней. В задней торцевой части прорезают два отверстия для приваривания труб отвода и подвода воды. Стальными листами соединяют заднюю и переднюю части как сверху, так и по бокам. Они образуют стенки теплообменника.

Роль же боковых и верхней части агрегата выполняю водяные трубы. Их вваривают в отверстия, сделанные в стенках прямоугольного профиля. Трубы ввода и отвода воды также располагаются в задней П-образной стенке теплообменника.

Еще один объемный теплообменник из круглых труб представляет собой конструкцию, размещенную непосредственно в топочной камере, буквально «прилипшую» к ее стенкам.

Она представляет собой два замкнутых из труб – верхний и нижний, которые располагаются, соответственно, около «дна» топки и возле ее «потолка». Между собой они соединены вертикальными участками труб, расположенных возле стенок топочной камеры.

К системе отопления такую конструкцию присоединяют, используя резьбовые соединения. Так как подобное устройство является довольно габаритным, его размещают не в топливной камере, а в печном колпаке или в дымоходе. Роль играет также и материал теплообменника – , который не любит резких перепадов температуры, возникающих при одновременном контакте стенки регистра с холодной водой и огнем, поэтому размещать его лучше подальше от места непосредственного сгорания топлива.

Что нужно предусмотреть и учесть

При размещении теплообменника в печи нужно учитывать следующее:

Безопасная эксплуатация печи с теплообменником

Для безопасной эксплуатации нужно строго выполнять следующие правила:

Использование теплообменника не только повышает эффективность работы печи, но и обеспечивает равномерный прогрев всех удаленных от нее помещений дома.

С помощью печи в бане можно решить сразу две задачи: обеспечить необходимую температуру в парной и нагреть воду в моечной. Нет необходимости устанавливать бойлер: воду нагреет теплообменник для печи. Разобравшись с его устройством и технологией изготовления, хорошему хозяину не составит труда соорудить печь с теплообменником своими руками.

Назначение и виды теплообменников для печи

Печи с теплообменником устроены таким образом, чтобы холодная вода поступала в специально предназначенную емкость, где она нагревается и по трубопроводу поступает в подвесной бачок в моечной.

Другой вариант использования нагретой воды – в качестве теплоносителя, когда она поступает в радиаторы отопления (так работают печи с теплообменником для дома). Если же подвесной бак установить непосредственно в моечной, он также будет выполнять роль радиатора, обогревая помещение.

Различают два вида теплообменников:

внутренний – встраивается в боковую стенку печной камеры или имеет форму уложенного в нижней части печи змеевика, а в некоторых случаях представляет собой емкость в виде «рубашки» на внутренней поверхности топки;
внешний – является частью дымохода или опоясывает его.

Теплообменник со штуцерами для соединения с системой: 1 – выпускной, 2 – впускной

В качестве теплоносителя в таких системах используется вода. Поступает она из подвесного бачка самотеком по трубопроводам благодаря естественной циркуляции: нагретая жидкость поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Может также использоваться циркуляционный насос. Элементы системы соединяются с помощью штуцеров: первый расположен сверху, второй – в нижней части теплообменника.

Печка с встроенным теплообменником, подвесным баком и системой трубопроводов

Большей эффективностью отличаются системы с естественной циркуляции теплоносителя. Важно, чтобы общая длина трубопроводов не превышала 3 м. Для этого бак следует устанавливать непосредственно в парной или сразу за стенкой. Диаметр трубы должен быть не менее дюйма: это способствует снижению сопротивления, благодаря чему система может работать без циркуляционного насоса.

Расчет площади теплообменника

Точно рассчитать теплообменник для кирпичной печи не представляется возможным из-за множества факторов, которые влияют на происходящие в системе процессы. Достаточно выполнить приблизительный расчет, чтобы изготовить конструкцию оптимальной конфигурации.

Например, для поддержания необходимой температуры в парной требуется 5 кВт: именно такой мощностью должна обладать печь с теплообменником. При этом известно, что 1 м² устройства обеспечивает во время работы топки около 9 кВт. Следует учитывать вид топлива, его калорийность, особенности конструкции печи, ее мощность и другие параметры.

Это важно знать: мощность котла снижается почти в 10 раз на заключительном этапе сжигания твердого топлива, поэтому площадь поверхности теплообменника должно быть рассчитано со значительным запасом. Это позволит дольше поддерживать на нужном уровне температуру в парной и помывочной.

Форма котла печи с теплообменником может быть разной. Чаще всего для его изготовления используют устойчивые к коррозии трубы из нержавеющей стали. Эффективны также устройства пластинчатого типа.

Как сделать теплообменник для печи своими руками

Материалом для изготовления простейшего устройства служат детали из нержавеющей стали или другой жаростойкой стали в виде цилиндров разного диаметра.

Конструкция простейшего теплообменника из нержавеющей стали

Максимальная толщина металла не регламентируется, а минимальная ограничивается 2,5 мм: более тонкий материал обладает меньшим сроком службы в условиях агрессивной среды. Важно, чтобы все сварные швы были выполнены с минимально возможными зазорами. Размеры деталей определяют после расчета параметров системы.

После выполнения сварочных работ конструкция проверяется на прочность по следующей методике:

Заваривается нижняя труба либо на резьбу герметично накручивается заглушка.
В емкость устройства заливается вода.
С помощью насоса с манометром нагнетается давление.
Осматриваются швы: если они герметичны – течи не будет, в противном случае проблемный участок обозначается маркером, а после слива воды повторно сваривается.
Проводятся повторные испытания.
Аналогично испытывается вся система.

Чем меньшей будет протяженность труб, тем легче добиться герметичности. Если бачок не планируется использовать в качестве радиатора для обогрева помещения, его следует «обшить» теплоизоляционным материалом.

Сложнее устроен теплообменник внешнего типа (устанавливается поверх дымохода). Для его изготовления необходимы специальные станки и приспособления (фрезерные станки, прессы и т.п.). Преимуществом такой конструкции является доступность для ремонта.

Основные правила монтажа и безопасной эксплуатации

Печь с теплообменником для дома или дачи должна эксплуатироваться с соблюдением следующих правил:

крепление труб и самого устройства должно быть таким, чтобы конструкция не деформировалась в результате теплового расширения;
количество отбираемого тепла не должно превышать 1/10 мощности самой печи (зависит от размера теплообменника);
объем бака для воды следует подбирать так, чтобы через 2 часа поле начала топки вода была горячей (из-за небольшого объема бака помещение будет насыщенно паром, а в излишне большом она будет греться слишком долго);
заливать холодную воду в разогретый в печи пустой теплообменник категорически воспрещается;
в качестве уплотнителей для герметизации резьбовых соединений используются только термостойкие материалы;
трубы в системе, работающей по принципу естественной циркуляции, должны иметь уклон (около 2-5 градусов) в сторону, соответствующую направлению подачи теплоносителя.

Печь с теплообменником для дачи или бани является универсальной: она будет греть и воздух, и воду для моечной. Изготовить необходимое для этого устройство собственноручно не представляет труда для тех, кто владеет техникой сваривания и слесарной обработки металлов.

Видео: конструкция теплообменника

Для того, чтобы печь могла использоваться, как источник тепла для системы водяного отопления дома, в ней должен быть обязательно установлен теплообменник, в котором циркулирует жидкий теплоноситель, чаще всего вода. Его еще называют печной котел или регистр. В этой статье мы рассмотрим, как изготовить такой теплообменник для печи своими руками и каким он может быть, в зависимости от вида самой печи и материала, используемого для его изготовления.

Из чего можно изготовить печной теплообменник

Для того, чтобы изготовить теплообменник для печи своими руками можно использовать листовую «черную» сталь толщиной 3-5 мм или стальные трубы (круглые или профильные) с такой же толщиной стенок и диаметром 30-50 мм. Как вариант, для этой цели может использоваться лист или трубы из нержавеющей стали или меди. Но, из-за высокой их стоимости, эти материалы при самостоятельном изготовлении печных котлов используются крайне редко.

Из листового металла такие регистры изготовить проще. Их легче чистить при эксплуатации. Но, как правило, они имеют меньшую площадь контакта с пламенем или горячими газами, так как в своем большинстве своем они являются сплошными и в теплообмене участвует только внутренняя их поверхность, обращенная к пламени.
Печные котлы из труб, при тех же габаритных размерах, как правило, имеют большую теплообменную площадь (хотя это зависит еще и от количества и от диаметра труб), так как позволяют пламени или горячим газам контактировать, практически, со всей их поверхностью. Но они более сложны в изготовлении. Особенно это касается конструкций, состоящих полностью из труб круглого сечения.

Если для изготовления теплообменника для печи с водяным контуром используются трубы, то лучше всего, если они будут бесшовными (цельнотянутыми). Если же используются шовные трубы, то швы придется дополнительно укреплять сварным швом и располагать с наружной стороны регистра (со стороны кирпичной кладки).

Очень часто при изготовлении печных котлов трубы и листовое железо комбинируют. Делается это для того, чтобы использовать их положительные качества: чтобы и изготавливать было проще, и теплообменная площадь была достаточной.

Каких видов могут быть самодельные печные теплообменники

Кроме, рассмотренных выше, конструкционных различий печных котлов, зависящих от выбранного материала для их изготовления, их конструкции могут отличаться и в зависимости от вида печи , для которой они собственно и предназначены. Такие печи могут быть отопительными или отопительно-варочными.

Конструкция теплообменника для отопительно-варочной печи отличается тем, что в верхней его части есть открытое пространство для доступа пламени к варочной плите. В регистрах же для отопительных печей верхняя часть, как правило, закрыта сплошным листом или рядами труб.

Форма и размеры печных котлов подбираются в соответствии с размерами и формой того места, где их предполагается установить (чаще всего это топливник печи), а также в зависимости от его необходимой тепловой мощности.

Конструкции котлов для отопительных печей с водяным контуром

Здесь мы рассмотрим три наиболее распространенные конструкции, выполненные отдельно из листового металла и труб, а также их комбинирования.

Вариант 1.

Теплообменник представляет собой сплошную П-образную конструкцию, сваренную из листового металла, предназначенную для расположения в топливнике отопительной печи. Теплообменной поверхностью являются его внутренние стенки.

Теплообменник из листового металла для отопительной печи

Вариант 2 .

Печной котел из труб. Холодная вода из системы подается через «обратку» в нижнюю U-образную трубу основания теплообменника (диаметром 40-50 мм и с толщиной стенки 3-4 мм), постепенно нагреваясь, она по Г-образным вертикальным трубам (такого же сечения, как и U-образное основание или меньше) поднимается вверх и попадает в верхнюю трубу-коллектор, а из нее, уже нагретой, в систему отопления дома. Такой регистр является более эффективным, чем изготовленный из листовой стали, но и более сложным в изготовлении, так как придется делать множество стыков труб между собой и сваривать их.

Печной регистр для отопительной печи из труб

Вариант 3.

Боковые поверхности этого регистра изготавливаются из листового металла толщиной 3-5 мм и представляют собой сплошные панели толщиной 40-45 мм, а верхней части они соединены между собой рядом горизонтальных труб диаметром 40-50 мм.

Использование труб вместо сплошной поверхности (как в варианте 1) позволяет увеличить площадь соприкосновения с нагревающей средой, а использование листового металла для боковых панелей, упрощает процесс изготовления, что немаловажно если вы решите его сделать своими руками.

Печной котел из листового металла и труб для отопительной печи

Печные котлы (регистры) для отопительно-варочных печей

Теплообменники для отопительно-варочных печей могут также быть изготовлены, как из листового железа, так и труб (круглых или профильных), а также при их комбинировании. Рассмотрим несколько вариантов.

Вариант 1.

Теплообменник для отопительно-варочной печи или кухонной плиты в виде двух сплошных боковых панелей из листового металла («книжка»), соединенных между собой.

Теплообменник для отопительно-варочной печи

Вариант 2.

Печной котел из труб круглого и прямоугольного сечения: круглые (диаметром 40-50х4 мм) расположены горизонтально и соединены в конструкцию с помощью прямоугольных 50-60х40х4 мм. Такая комбинация разных видов труб облегчает изготовление котла. Размеры а, б, в и г рассчитываются, в зависимости от размеров топливника и необходимой мощности регистра.

Теплообменник для отопительно-варочной печи из круглых и профильных труб

Вариант 3.

Теплообменный регистр только из круглых труб. Представляет собой два горизонтальных контура, соединенных вертикальными трубами. Холодная вода из системы подается в нижний контур, а нагретая с верхнего контура подается обратно в систему отопления.

Регистр для отопительно-варочной печи из труб

Как подобрать или рассчитать размеры печного котла

После того, как вы выбрали вид теплообменника, необходимо определиться с его размерами. С одной стороны его габариты должны соответствовать размеру места, куда он будет установлен.

Чаще всего теплообменники помещают в топливник печи, но иногда в дымовых каналах или камере бесканальной печи. При этом необходимо учесть, что между кирпичной кладкой и регистром должен быть зазор 0,5-1 см, учитывающий тепловое расширение металла.

Кроме этого, необходимо знать требуемую мощность печного теплообменника. Как ее определить?

Она зависит от тепловой мощности системы водяного отопления, необходимой для обогрева дома, которая в свою очередь зависит от теплоизоляционных свойств его наружных конструкций и максимальной отрицательной температуры наружного воздуха зимой. Упрощенно можно ориентироваться на средний показатель: 10-12 кВт на 100 м 2 площади дома.

Как же вычислить необходимую площадь печного котла, для обеспечения такой тепловой мощности? В среднем, принято считать, что для обеспечения тепловой мощности 5-10 кВт необходимо около 1 м 2 теплообменной поверхности котла. Величина этого показателя зависит от температуры горячих газов, соприкасающихся с теплообменником и температур воды (теплоносителя) на его выходе и входе, что в свою очередь, в значительной степени зависит от режима топки и вида топлива.

Полную мощность теплообменника можно вычислить по формуле:

Q=SQуд,

где: Qуд – его удельная мощность, ккал/час;
S – его полезная площадь (соприкосновения с нагревающей средой), м 2 .

Удельную мощность можно вычислить по формуле:

Qуд = k(T-t)S ,

где: k =12 ккал/час на 1°С – коэффициент теплопередачи «газ-вода» через стальную поверхность;
Т = (Tмакс+Tмин)/2 – средняя температура нагревающей среды (пламя, газы), °С;
t = (tмакс+tмин)/2– средняя температура теплоносителя (вход+выход/2), °С.

Если печь будет работать периодически (около 2 часов) на дровах, то средние температуры среды и теплоносителя будут максимум: 500 и 70°С соответственно и с 1 м 2 теплообменника в этом случае можно будет получить максимум 6 кВт тепловой мощности.

Если печь будет работать на угле и постоянно, то средние максимальные средние показатели среды и теплоносителя могут быть: 800 и 70 °С соответственно. В этом случае с 1 м 2 площади печного котла можно будет снять около 10 кВт.

Если известна общая требуемая тепловая мощность котла и режим топки (а значит и удельная его мощность), то вполне можно определить, какую полезную площадь поверхности он должен иметь:

S =Q/Qуд, м 2 .

В зависимости от того из какого материала будет изготавливаться теплообменник, можно подсчитать, сколько потребуется труб или листового металла, чтобы обеспечить такую площадь соприкосновения с нагревающей средой. При этом в расчет берется только та поверхность, которая будет непосредственно контактировать с горячими газами или пламенем.

Например, если печной котел будет изготавливаться сплошным (только из листового металла), то в расчет следует принимать только внутреннюю его поверхность. Если же он будет изготавливаться из труб, то практически вся их поверхность будет участвовать в теплообмене (их длина х диаметр х 3,14). При комбинировании разных материалов, необходимо будет вычислять площадь соприкосновения с нагревающей средой каждого элемента отдельно, а потом суммировать.

Если необходимо увеличить тепловую мощность котла при тех же габаритных размерах, можно в его конструкцию добавить дополнительные элементы (например, трубы). Если же его мощность получается слишком большой, то можно уменьшить его длину. Другими словами: в каждом конкретном случае необходимо делать расчет и корректировку размеров регистра, привязывая их к размерам и конструкции самой печи, а также мощности системы водяного отопления дома, которую придется обеспечивать тепловой энергией.

Изготовление своими руками

После того, как подобран вид печного котла, материал и сделан расчет размеров можно приступать к его изготовлению своими руками. При этом необходимо обратить внимание на качество сварочных работ. Оно должно быть на высоком уровне, так как данный агрегат будет эксплуатироваться в достаточно агрессивной среде, а для того чтобы выполнить его ремонт, скорее всего, придется разбирать печь или ее часть. Поэтому, если вы не уверены в своих способностях сварщика, то лучше эту работу поручить опытному специалисту, предварительно заготовив все необходимые элементы конструкции.

После выполнения сварочных работ необходимо заполнить регистр водой, проверить нет ли протечек и выполнить его опрессовку при давлении, превышающем рабочее в системе отопления, как минимум, в 2 раза.

Существуют различные способы теплопередачи - нагрева или охлаждения газов, жидкостей или твёрдых материалов. Использование тепловой энергии горячей среды как самостоятельного источника тепла позволяет экономнее её расходовать и сохранять. В отличие от обычных способов нагрева, требующих извлечения или производства энергии, теплопередача представляет собой лишь перераспределение полученного ранее нагрева. Устройства, осуществляющие такую передачу, называются теплообменниками. Они широко распространены, существуют различные конструкции и виды теплообменников. Используются в системах отопления, охлаждения, водоснабжения или иных бытовых и технологических комплексах. Использование готового устройства возможно не всегда, особенно при создании самодельных систем для частного дома. Изготовить теплообменник своими руками возможно, но для этого надо иметь некоторые навыки обращения с металлом и сварочным аппаратом, и, что самое важное, точное представление о принципах работы и конструкции устройства.

Принцип работы

Теплообменник - это наименование группы устройств, действующих по одному принципу, но выполняющих разнообразные задачи и имеющих собственные названия. Так, теплообменниками являются калориферы, бойлеры, холодильники и прочие устройства. Вариантов конструкции существует много, поскольку необходимость в передаче тепловой энергии имеется в большом числе комплексов и систем.

Теплообменник организует передачу тепловой энергии от одной среды к другой без непосредственного контакта или перемешивания. Источником и приёмником тепла могут быть совершенно разнородные материалы, например, горячий металл способен нагревать поток воздуха, нагретая жидкость способна передать тепло другой жидкости через тонкую стенку из материала, хорошо проводящего тепло, и т.д. Процесс всегда один - энергия от горячей среды переходит в холодную, но его цель может быть различной - либо нагрев, либо охлаждение приёмника, в зависимости от назначения системы, в которой установлен теплообменник.

В мире существует колоссальное количество теплообменников, но всех их объединяет предназначение - передача тепла

Передача осуществляется либо непрерывно, путём косвенного контакта двух сред разной температуры, разделённых перегородкой (поверхностный, или рекуперативный тип), либо периодически, поочерёдной передачей тепла на определённый приёмник и его последующим отбором (регенеративный тип). Рекуператоры используются в системах отопления или водоснабжения, поэтому в глазах рядового пользователя они выглядят более распространёнными, чем регенераторы, встречающиеся только в больших промышленных установках разного назначения.

Наиболее распространёнными вариантами конструкции являются системы вода-вода (теплоноситель-вода), использующиеся в отоплении и водоснабжении, и вода-воздух (калориферы).

Виды теплообменников

Существует два основных типа конструкции теплообменников:

Тип «труба в трубе». Представляет собой отрезок трубы, по которой циркулирует нагреваемая среда. Внутри неё в продольном направлении установлена вторая труба меньшего диаметра, по которой движется горячий теплоноситель. Применяются для жидкостных систем теплообмена.
Пластинчатый. Представляет собой пачку пластин с зазором между ними в несколько миллиметров. Они объединены между собой таким образом, что каждая из пластин разделяет две среды с разной температурой, движущихся в перпендикулярном направлении. Существуют конструкции с оребрёнными пластинами, имеющими увеличенную площадь теплоотдачи и, соответственно, большую эффективность. Используются как для жидкостей, так и для воздушных потоков (рекуперация воздушного отопления).

Конструктивный тип «труба в трубе» получил широкое развитие. Существует масса вариантов такого решения:

Кожухотрубный. Пучок трубок с циркулирующей средой-приёмником установлены в корпус (кожух), заполненный теплоносителем-донором.
Элементный. Ещё одна разновидность кожухотрубной конструкции, с более сложной системой расположения трубок. Предназначен для систем с высоким давлением.
Погружной. Спираль с теплоносителем-приёмником погружается в проточную ёмкость с теплоносителем-донором. За счёт невысокой скорости движения жидкости в спирали и быстрой смены теплоносителя в корпусе достигается высокая эффективность нагрева приёмника и малый расход тепловой энергии теплоносителя-донора.
Спиральный. Конструкция напоминает погружной вариант, но с плоской полой спиралью, по которой перемещается горячий агент. Холодная жидкость находится в корпусе. Этот тип теплообменников позволяет работать с вязкими жидкостями, пульпой.

Теплообменники типа «труба в трубе» позволяют развивать большую скорость прохождения (циркуляции), получив наименование геликоидных, или скоростных. Существуют также интенсифицированные геликоидные конструкции, позволяющие увеличить скорость и давление (интенсифицировать) греющей и нагреваемой среды для повышения общей эффективности и скорости процесса.

Наиболее эффективным типом конструкции признан пластинчатый вариант, который занимает в несколько раз меньше места при той же производительности. Существенным недостатком является сложность очистки пластин от наслоений из-за малой величины зазоров и недоступности для механической очистки, вынуждающей использовать активные химические вещества.

Изготовление устройства

Самостоятельное изготовление теплообменника под силу только людям, имеющим определённые навыки, инструменты и знания. Не имея опыта и практики, изготовить устройство, предназначенное для работы с нагретой средой под давлением, практически невозможно. Прежде, чем начинать непосредственное изготовление устройства, необходимо выбрать его тип, приготовить необходимые материалы, инструменты и оборудование. Поскольку вариантов конструкции существует достаточно много, следует рассмотреть наиболее распространённые типы по отдельности.

Водяной для банной печи

Печь в бане нагревает определённый, относительно небольшой объём воды. Для небольшой семьи этого достаточно, но для компании из нескольких человек может потребоваться большее количество. Для того, чтобы не подливать постоянно в котёл воду, а использовать имеющееся количество в качестве греющей среды, устанавливается теплообменник и ёмкость с расходной водой для мытья. Большинство таких устройств работает на естественной циркуляции - горячая вода поднимается вверх, а остывшая - опускается вниз. Наиболее распространённый вариант конструкции - погружной, в бак с греющей средой устанавливается змеевик, по которому движется нагреваемая вода.

Как и чем промыть теплообменник

Наиболее эффективный способ - ручная механическая чистка, но для большинства конструкций этот вариант не годится. Доступа к внутренним поверхностям устройства не имеется, поэтому приходится прибегать к химическим методам очистки - промывке. Для этого применяются различные промывочные химикаты, например, подойдёт сантехническое средство от налёта, кислотные растворы, моющие средства и т.д. Выбор того или иного раствора зависит от состава загрязнений, который, в свою очередь, обусловлен типом теплоносителя и спецификой работы.

Промывку удобнее всего производить в отсоединённом от системы состоянии. Теплообменник помещают в ёмкость с моющим средством, выдерживают определённое время (если это необходимо), затем промывают сильной струёй воды из шланга. Если с первого раза нужного результата добиться не удаётся, прибегают к повторной промывке. Для теплообменников сложной конфигурации рекомендуется собрать отдельную замкнутую систему для промывки с циркуляционным насосом и ёмкостью. Вместо теплоносителя в неё заливают моющее средство или раствор и запускают циркуляцию на некоторое время. Перемещение жидкости под давлением эффективно растворяет и выводит твёрдые частицы, жировые наслоения, прочий мусор. Рекомендуется промывать теплообменник регулярно, раз в год или немного реже. При появлении нестабильной или неэффективной работы устройства надо сразу очистить его, чтобы снизить потери на некачественной теплопередаче.

Для того, чтобы сделать теплообменник, требуется точно понимать принцип его работы и использовать наиболее теплопроводные материалы. Оптимальный вариант - медь, её качества намного опережают алюминий или нержавеющую сталь. Все операции по сборке и сварке следует выполнять аккуратно, не допускать попадания внутрь мусора, окалины или шлака. Особой сложности в изготовлении нет, но теплообменники для системы центрального отопления, которые будут работать под давлением, надо варить ответственно. Если уверенности в своих силах нет, лучше пригласить опытного специалиста, способного выполнить качественное и герметичное соединение.