Теплообмінник на димар своїми руками - повітряний пристрій

При використанні печі для обігріву будинку виникає питання, як підвищити продуктивність опалювального приладу? Це можна зробити, якщо встановити теплообмінник на димохід. Він буде використовувати для обігріву приміщення енергію продуктів горіння палива.

Різновиди

На сьогоднішній день існує безліч варіантів конструкцій теплообмінників на трубу димоходу. Однак найбільш популярними вважаються такі моделі:

• повітряний агрегат;
• пристрій у вигляді зміївика;
• апарат, оснащений ємністю для води;
• теплообмінник з гофри.

Кожен умілець з народу, прагнучи створити для своїх потреб корисний устрій, вносив деякі особисті ідеї, що сприяють його вдосконаленню. Для реалізації задуманого використовувалися наступні комплектуючі елементи:

• радіатори від системи охолодження автомобілів;
• різноманітні зміївики;
• металеві резервуари;
• колектори;
• регістри опалення;
• радіатор системи обігріву житла.

Пропонуємо ознайомитися з популярними моделями подібних апаратів, що підходять для самостійного виготовлення.

Повітряний теплообмінник

Цей пристрій, що передає тепло від димового каналу в навколишній простір, виготовляється у вигляді металевої конструкції з вмонтованими в неї вхідними і вихідними патрубками.

Принцип дії цього виду теплообмінника подібний роботі найпростішого конвектора. Через вхідні відрізки металопрокатного виробу, під'єднані до конструкції, повітряні маси надходять в апарат і виводяться через отвори в його верхній частині, наповнюючи теплом простір опалюваного приміщення. У зв'язку з цим ефективність печі значно підвищується, а витрата палива знижується в два рази.

При наявності певних навичок, а також болгарки і зварювального апарату можна виготовити повітряний теплообмінник на димохід своїми руками.

Набір матеріалів, необхідних для створення пристрою:

• частина металевого листа товщиною 1 мм з рівними сторонами розміром 350 мм;
• відрізок труби довжиною до 2,5 м і перетином 1-дюйма (3,17 см);
• шматок металопрокатного виробу перерізом в 2 дюйми (5,08 см) і довжиною 30 см;
• резервуар ємністю 20 л.

Отже, щоб спорудити повітряний теплообмінник своїми руками, дотримуйтеся покрокової інструкції:

1. На металевому листі потрібно накреслити і вирізати два кола, діаметр яких повинен дорівнювати аналогічному розміру торцевих частин підготовленого резервуара.
2. По центру кожної із заготовок слід виконати отвір, що відповідає діаметру труби перерізом 2 дюйми (5,08 см).
3. Навколо центрального пройму на обох деталях потрібно рівномірно відзначити точки, на місці яких зробити отвори під відрізки труби перетином 1-дюйма (3,17 см).
4. Частину металопрокатної конструкції з зазначеними параметрами слід розділити за допомогою болгарки. Повинно вийти 8 трубок, рівних за довжиною (по 30 см кожна).
5. Проводяться зварювальні роботи: до центрального отвору кріпиться шматок труби перерізом 2 дюйми (5,08 см) і довжиною 30 см, а до бічних - 8 рівних відрізків такої ж довжини і перерізом 1-дюйма (3,17 см).

Після виготовлення серцевика теплообмінника потрібно приступити до спорудження його корпусу, використавши для цього металевий резервуар:

1. За допомогою болгарки зрізається дно.
2. По центру бічних елементів вмістилища вирізається отвір, діаметр якого відповідає перерізу димового каналу.
3. Методом зварювання до виконаних прорізів під'єднуються відповідні за розмірами патрубки.
4. Створений таким способом корпус одягається і приварюється на виготовлений раніше сердечник.
5. Готовий виріб потрібно покрити термостійкою фарбою.
6. Отриманий апарат після повного висихання встановлюється на димар.

Теплообмінник у вигляді зміївика

Цей варіант є найбільш простим пристроєм для самостійного виготовлення. Як основний матеріал використовується мідна або алюмінієва труба. Вибір таких видів металу пояснюється хорошою пластичністю, гнучкістю і стійкістю до корозії. Виріб можна вигнути в будь-яку форму, а його обидва кінці завершити зовнішньою різьбою для подальшого приєднання за допомогою фітингів виносного бака.

Далі приступаємо до монтажу зібраного повністю теплообмінника на димохід. При цьому важливо передбачити відстань до печі, щоб дати можливість пристрою нагріватися від розпеченого повітря, а не за рахунок відкритого вогню. Обидва кінці зміївика під'єднуються до розширювального бака, який розміщується в самій верхній зоні системи опалення.

Принцип руху води, що нагрівається в змійовику і потрапляє в систему опалення, де вона підштовхує холодну рідину до теплообмінника для нагрівання, заснований на методі природної циркуляції. Однак щоб цей процес нормально функціонував, важливо ретельно провести розрахунки, що стосуються довжини і діаметра теплообмінника у вигляді зміївика.

Потрібно також врахувати той факт, що теплоносій зазвичай розширюється, коли його нагрів досягає певної температури. Вигин труби слід здійснювати так, щоб були дотримані кути нахилу подачі рідини та її зворотного наповнення.

Незважаючи на простоту виготовлення такого корисного пристосування, як водяний теплообмінник на трубу у вигляді зміїка, він володіє наступними недоліками:

• необхідність проведення складних розрахунків;
• постійне спостереження за тиском в опалювальній системі і температурою води;
• велика витрата теплоносія за рахунок його випаровування в розширювальному баку;
• потреба в зливанні води з системи (у разі її невикористання) в холодну пору;
• зниження температури газів, що відводяться, провокує згоряння палива не в повному обсязі і зменшення тяги.

Оснащений ємністю теплообмінник

Така конструкція відмінно підійде як для печі, так і для опалювального котла. Для її спорудження будуть потрібні дві трубки з міді і металевий бак ємністю 20 л. У разі його відсутності виготовляється відповідний за обсягом резервуар з листа сталі товщиною 2,5 мм. Зварювальні шви повинні бути досить тонкими.

Покроковий алгоритм створення пристрою:

1. Підготовлену ємність потрібно встановити неподалік від печі на відстані не більше 3 м. Висота від підлоги повинна дорівнювати 1 м.
2. У верхній точці бака з лівого боку, а також біля його дна з правої потрібно вирізати два отвори.
3. Від нижнього пройому під кутом у 2 градуси відводиться трубка у напрямку до опалювального агрегату, а від верхнього - в протилежний бік, але з нахилом у 20 градусів.
4. У нижній відвід на виході слід врізати зливний кран накопичувального бака. Ще один затвор, за допомогою якого буде здійснюватися злив теплоносія з системи опалення, врізається тут же, але в самій нижній точці.
5. Закінчивши монтаж конструкції, потрібно перевірити, наскільки герметичний наш теплообмінник. Для цього його потрібно заповнити водою і простежити, чи немає протікань.

Пристрій з гофри

Цей малобюджетний варіант виготовляється за допомогою трьох гофрованих труб з алюмінію, якими обертається димар на ділянці другого поверху або мансарди. Стінки каналу віддаватимуть тепло подібним металопрокатним виробам, а нагріте повітря з них перенаправиться в будь-яку з кімнат будинку. Для підвищення тепловіддачі гофровані труби загортаються в харчову фольгу.

Власникам мансард буде також цікавий варіант конструкції теплообмінника, що функціонує на зразок ковпакової печі: при нагріванні повітряні маси прямують до верхніх шарів простору, після чого, охолонувши, спрямуються вниз.

Такий теплообмінник зручний тим, що здатний зменшити температуру розпеченої труби димоходу і підвищити пожежобезпеку в приміщенні.

Різновиди пристрою і принцип роботи

Існує основна класифікація теплообмінників - за типом теплоносія, яка ділить їх на водяні та повітряні.

Водяні теплообмінники

Водяні теплообмінники - найпростіший і поширений різновид обладнання. Їх робота заснована на базових законах фізики: при нагріванні рідина розширюється, її щільність зменшується. Під тиском більш щільної холодної води, що знаходиться в нижній частині контуру, нагріта рідина надходить в розширювальний бак, а звідти - назад в теплообмінник, рухаючись по замкнутому колу.

Найпростіший теплообмінник являє собою металевий бак або зміївик (спіралевидну трубу), в якому знаходиться теплоносій - гаряча вода. Джерелом тепла є гаряча труба димоходу, яка знаходиться в прямому контакті з джерелом тепла.

Пристрій на основі водного теплоносія працює за принципом самовара. У системі передбачено розширювальний бак для гарячої води. Через вихідний штуцер теплообмінника вода по трубі потрапляє в розширювальний бак. Знизу бака розташований вихідний штуцер з трубою, через яку охолоджена вода залишає ємність і надходить знову в теплообмінник. Природний фізичний процес теплового обміну обумовлює постійну циркуляцію рідини і підтримання постійної температури.

Повітряні теплообмінники

Принцип дії повітряних теплообмінників у тому, що гарячі гази нагрівають розташовані всередині пристрої трубки, не створюючи додаткового нагріву, а лише направляючи теплову енергію назовні. Конструктивно повітряний теплообмінник являє собою циліндр з кількома порожніми трубками всередині, повітря в циліндричний резервуар підсмоктується знизу, в трубі нагрівається і з теплообмінника виходить назовні, таким чином збільшуючи рівень нагріву приміщення на 15-20%.

Зверніть увагу! За допомогою повітряного теплообмінника можна обігріти сусідні кімнати від однієї печі, якщо туди вивести повітроводну трубу. За допомогою повітряного теплообмінника можна вдосконалити просту буржуйку або звичайну піч, якщо встановити його на димар.

Крім традиційного металевого бака або зміївика зустрічаються ковпакові моделі, які використовуються для опалення мансардних приміщень. Такий принцип будови печі запропонував І.В. Кузнєцов, і ковпакова піч названа його ім'ям. Робота ковпакових теплообмінників заснована на утриманні нагрітого повітря, що піднімається вгору по димоходу, за допомогою спеціального ковпака, який встановлюється під стелею. Рух повітря в трубі відбувається за рахунок природних фізичних процесів.

Види і конструкції

Теплообмінники в першу чергу підрозділюються по теплоносію на повітряні та рідинні (водяні). В принципі, допускається заливати масло і антифриз, але не в саморобних конструкціях, так як антифриз отруйний і доріг, а масло може загорітися при виникненні нещільностей.

По конструкції водяні пристрої зазвичай виконують у вигляді зміївика або регістру (труби) з водою (водяна сорочка); повітряні являють собою ковпак з відведенням теплого повітря або широку вставку в димохід з ввареними поперечними елементами.

При прийнятті рішення про те, як зняти залишкове тепло димових газів, слід мати на увазі, що відбір тепла в димоході зменшує тягу, а на прогріті стінки димоходу може випадати конденсат. Особливо цей недолік помітний у газових котлах, у яких температура газів, що відходять, невелика. Але на недорогих саморобних печах на конденсат можна не звертати уваги.

Водяний

Перевага води для рекуперації - вона володіє високою тепломісткістю і більш ефективно відбирає теплоту димових газів. Але водяні рекуператори вимагають більш якісного виготовлення - система не може протікати; при її експлуатації необхідно стежити, щоб не було перегріву, так як закипіла вода може розірвати трубопровід.

Якщо водяні конструкції використовують у гаражі, майстерні, «дачі вихідного дня», що окремо стоїть лазні - воду доведеться зливати в зимову пору року, оскільки замерзла рідина також може розірвати трубопровід.

Через металеві стінки димоходу нагрівається контур з водою, при прогріванні вода піднімається вгору, потім в батареї, охолоджується, опускається в батареї вниз, йде в зворотку і підсмоктується назад в теплообмінник.

Для оптимізації роботи системи в неї включають розширювальний бак - це зменшує можливість закипання. Деякі умільці монтують насос, виходить повноцінна невелика система опалення.

Водяні системи використовують для опалення за допомогою радіаторів або гарячого водопостачання. Серйозний недолік - неможливість регулювати температуру нагріву води, при перегріві її просто доводиться зливати. Заливати в систему холодну воду при працюючому опалювальному агрегаті не можна - вода може закипіти, порвати труби і пошкодити димохід, при цьому на внутрішніх стінках димохідної труби осідає конденсат.

• Саморобний зміївик

Найпростіша у виготовленні конструкція. Зміївик зазвичай виготовляють з трубки, яку обмотують по спіралі навколо сталевого димоходу. Трубки використовують мідні, звичайні сталеві, з нержавійки, алюмінію. Алюмінієві не варто використовувати для твердопаливних котлів - його температура плавлення 660 ° С, а температура газів, що відходять, твердопаливних опалювальних апаратів сягає 600 ° С.

При намотці (гнучку) трубу слід заповнити піском і заглушити з обох сторін - це дозволить уникнути дефектів (заломів, складочок, перегинів). Для поліпшення прогріву зміївика між витками має бути невелика відстань - до 1 діаметра.

Іноді використовують гофру, але це не найдовговічніший матеріал для зміївика (особливо з оцинкованої вуглецевої сталі).

• Регістровий

Регістр - кожух більшого діаметру, ніж димар. Регістр одягається зверху на корпус димоходу і приварюється, торці заварюються платівками з вирізаними отворами, що відповідають діаметру димоходу. Знизу вварюється або вкручується патрубок для підведення води, зверху - для виведення теплої води. В іншому використовується аналогічно змієвику. Кожухи виготовляються не тільки круглими, а й квадратними.

Повітряний

Цей варіант більше підійде для локального опалення приміщень - однієї кімнати, ванної, передбанника. Повітряні конструкції простіше зібрати. Іноді використовують зміївик або регістр, іноді - теплообмінник Кузнєцова або ковпаковий. У зміївіці занадто великий опір стінок труби, вона не повинна бути занадто довгою. Через ці складнощі його рідко використовують. Повітряні рекуператори менше охолоджують димар, тому менше ймовірність випадання конденсату на його стінках.

Іноді не споруджують складні конструкції, а використовують підручні матеріали - приварюють до димопроводу ребра з куточків або зігнутих смуг, труби, відкриті з обох сторін, кріплять «спідниці» або смуги (алюмінієві або з тонкої сталі), зігнуті в гофровану конструкцію.

• Теплообмінник Кузнєцова

Теплообмінник Кузнєцова являє собою розширений циліндр, поперек якого вварюються труби. Циліндр монтують у димар, внутрішньою частиною йдуть гарячі димові гази і нагрівають поперечні елементи. Повітря з порожнин виходить у приміщення і опалює його або збирається в повітровід і надходить у сусіднє приміщення.

• Ковпакового типу

Якщо в невеликому будинку відсутні системи опалення і є необхідність протопити кімнату на мансарді або другому поверсі, використовують ковпаковий теплообмінник. Навколо димоходу влаштовують циліндр, відкритий знизу, вгорі повітря з циліндра надходять у труби, що йдуть на другий поверх. Тепле повітря випускають у нижній частині приміщення другого поверху - так гаряче повітря краще розподіляється в приміщенні і максимально протоплює його.

Іноді замість циліндра над піччю встановлюють ковпак під стелею, в нього піднімається нагріте піччю повітря і по трубах надходить в приміщення другого поверху. Можна встановити вентилятор, в такому випадку теплим повітрям легше опалювати приміщення на одному поверсі з піччю.

Який вигляд краще

Який вигляд краще, визначається тим, що саме і яким способом необхідно опалити. ККД краще у водяних рекуператорів - 50-60% (для реєстрового параметр вище, для зміївика - нижче). У повітряних пристроїв ККД нижче.

Для ГВП або радіаторної системи опалення краще встановлювати водяні теплообмінники. Повітряні більше підходять для опалення близько розташованих окремих приміщень.

Способи встановлення

Існують два основних способи встановлення пристрою - безпосередньо на піч або на трубу димоходу (пристрій самоварного типу або т. зв. водяна сорочка).

У першому випадку ефективність установки буде значно вищою, оскільки ємність буде отримувати тепло не тільки від труби димоходу, але і від спеки кам'янки.

Зверніть увагу! При всіх достоїнствах у цього способу є істотний недолік: вода в ємності нагрівається швидше, ніж піч, і починає закипати. З часом на поверхні бака утворюється накип, через що модель потребує регулярного очищення.

Розрахунки потужності

Самостійно розрахувати потужність рекуператора за відсутності вихідних даних (потужності печі, температури і кількості вихідних газів в одиницю часу, площі зіткнення теплообмінника і металу димоходу, швидкості проходження повітря або води через пристрій) практично неможливо. Можна виміряти потужність вже змонтованого теплообмінника.

Орієнтовно варто розраховувати на те, що теплообмінник на димопроводі твердопаливної печі або каміна прогріє пару невеликих радіаторів, підвищить температуру в гаражі або зробить тепліше кімнату в мансарді, предбанник в лазні.

Які матеріали можна використовувати?

Якісний теплообмінник на димар виготовляється з харчової аустенітної нержавіючої сталі. Вона відмінно працює при постійному впливі високих температур. Нікель, який міститься в складі сплаву, утворює на поверхні трубопроводу особливу плівку, яка стійка до впливу агресивного середовища.

Значення тимчасового опору розриву і відносного подовження для оцинкованої сталі

Як матеріал для труби теплообмінника можна використовувати оцинковану сталь. При сильному нагріванні вище 200 ° С цинк, який міститься в металі, починає випаровуватися. При температурі 500 ° З його концентрація в повітрі стає небезпечною для здоров'я людини. Але якщо ваша опалювальна система буде працювати в меншому температурному діапазоні, даний матеріал повністю безпечний.

Як самостійно виготовити пристрій

Нескладний зміївик нескладно виготовити самостійно з мідної трубки. Для димоходу діаметром 100 мм підійде мідна трубка з діаметром в дюйма і довжиною 3-4 м. До кінців труби слід припаяти фітинги з різьбою. Потім трубку заповнюють дрібним піском, закручують їх і обмотують димар.

Між витками бажано залишати невелику відстань - тоді труба від димоходу буде нагріватися і теплопередачею, і інфрачервоним випромінюванням. Цю роботу зручно виконувати з помічником. Потім пісок з труби вимивають водою під тиском. Приєднують труби, що ведуть до радіаторів і розширювального бака.

Теплообмінник Кузнєцова виконують за допомогою зварювання. Найпростіший варіант - виготовити корпус з газового балона або труби великого діаметру.

Для виготовлення знадобляться такі матеріали:

1. Газовий балон, труба великого діаметру (300 мм) для корпусу.
2. Труба діаметром 32 мм (одну заготовку краще взяти більшого діаметра - до 57 мм). Довжина заготовок - 300-400 мм, загальна кількість має бути достатньо для вирізання заготовок.
3. Два невеликих патрубки одного діаметра з діаметром димоходу; бажано використовувати трубу димоходу - якщо димохід збірний, то з одного боку конструкції патрубок буде з раструбом, який необхідний для монтажу теплообмінника.
4. Два фрагменти сталевого аркуша, достатні, щоб вирізати заглушки торців корпусу.

Технологія виготовлення повітряного теплообмінника:

1. Велика труба або балон обрізається в потрібний розмір.
2. Нарізаються 9 заготовок такої ж довжини з тонких труб.
3. Вирізаються кола для заглушок.
4. У колах вирізаються 9 отворів для труб маленького діаметру; якщо береться одна трубка більшого діаметра, то отвір для неї вирізається в центрі.
5. Тонкі труби вставляються в отвори заглушок, наживляються за допомогою зварювання, потім приварюються.

У корпусі з боків вирізаються отвори з діаметром, рівним діаметру димоходу.

Конструкція з тонких трубок і заглушок вставляється в корпус і проварюється по стику заглушок і корпусу з великої труби.

В отвори з боків корпусу вставляються патрубки і також проварюються.

Альтернативний варіант:

Які матеріали можна використовувати

Ідеальний варіант - нержавіюча сталь (наприклад, харчова аустенітна нержавійка 08Х18Н10 або AISI 304) або мідь. Вироби промислового виробництва іноді виготовляють з титану. Але ціна на ці матеріали досить велика. Зате вони довговічні, не іржавіють, надійні і міцні. Якщо у вас буржуйка в гаражі або саморобна кам'янка з підручних матеріалів у лазні, цілком можливо застосувати і чорний метал (вуглецеву сталь).

Можна застосувати якісну гофровану трубу з нержавійки. Оцинкована гофра - небажаний і недовговічний варіант. Для зміївіка можна застосовувати і алюмінієві труби (тільки не для димоходів твердопаливних печей).

Іноді застосовують і оцинковану сталь, але слід мати на увазі, що при зварювальних роботах шар цинку випаровується, і всі переваги оцинковки (стійкість до корозії) сходять нанівець. При температурі вище 400 ° С цинк починає випаровуватися (пари цинку токсичні), тому не варто застосовувати оцинковку для теплообмінників на димоходах твердопаливних котлів.

Як встановити теплообмінник своїми руками: інструкція