Теплообменник на трубу дымохода

Печи на твердом или жидком топливе дают большое количество тепла, однако немало его уходит беспрепятственно в трубу. Не потерять полезную энергию и перестать отапливать улицу поможет теплообменник на трубу дымохода. Простое и компактное устройство способно повысить теплоотдачу фактически на треть, не снижая характеристик самой печи, однако следует учесть целый ряд факторов, таких как поддержание нормальной тяги и возможность чистки дымохода, чтобы не попасть впросак с теплообменником.

Принцип работы

При горении жидкого топлива или угля, особенно в самодельных печах, на входе в дымоход температура газов достигает 600°С и даже выше. Для поддержания активной тяги такие температуры не нужны, они только ухудшают ситуацию. Ничто не мешает забрать часть тепла без ущерба для функционирования печи и отдать воздуху в помещении или воде в системе отопления или ГВС. Так если снизить температуру газов с 600°С до 400°С, то в зависимости от качества теплообменника и объема протекающих газов мощность нагрева может достигать нескольких киловатт.

Задача заключается в том, чтобы обеспечить активный теплообмен между перегретыми газами, вырывающимися из стопки, и целевой средой: водой или воздухом. Ключевой является площадь контакта. Располагать, например, воздуховоды или змеевик водяной трубы внутри дымохода не лучшая идея, даже с учетом всех остальных особенностей любые объекты в канале будут способствовать лишь образованию сажи и конденсата, что быстро выведет из строя дымоход и соответственно превратит работу печи в опасное для окружающих мероприятие.

Есть три оптимальных варианта для теплосъема с дымохода:

• Змеевик вокруг дымохода.
• Водяная рубашка. Поверх трубы дымохода одевается цилиндр большего диаметра и заполняется теплоносителем. Разбивка канала дымохода на группу каналов меньшего диаметра позволяет повысить площадь контакта.
• Тормоз для дымохода. Канал дымохода формируется в виде змеевика, лабиринта, по которому движение газов замедляется, что увеличивает теплоотдачу.

Первые два варианта подойдут для формирования водяного контура и использования тепла в системе отопления или ГВС. Третья конструкция больше подходит для локального обогрева воздуха.

У всех типов теплообменников есть особенности, которые не стоит игнорировать. Если нагреваемой средой является вода, то возникает проблема с чрезмерным теплообменом. Когда дымоход уже горяч, и печь активно топится, подача в теплообменник холодной воды вызывает резкое понижение температуры стенок дымохода. Это неизбежно приводит к конденсации влаги из отработанных газов на стенках дымохода, и, как следствие, происходит быстрое заполнение канала гарью и золой. Чтобы справиться с этим, необходимо снизить скорость теплообмена и разницу температур.

Воздушный теплообменник

Наряду с высокой производительностью получить долговечность очень сложно. С одной стороны увеличение площади контакта теплообменника и дымохода увеличивают выход тепла, с другой стороны чрезмерный забор тепла грозит большими проблемами вплоть до полного выхода дымохода из строя.

Оптимальные характеристики теплообменника для дымохода:

1. Водяной контур должен снабжаться отдельным теплоаккумулирующим баком, исключая подачу холодной воды непосредственно на теплообменник.
2. Конструкция теплообменника должна быть легкосъемной, для чистки и обслуживания.
3. Мощность теплообменника подбирается исходя из реальных показателей печи и дымохода так, чтобы температуры газов выше теплообменника было достаточно для поддержания тяги.

В качестве материалов для теплообменника лучше выбирать нержавеющую сталь, способную выдержать резкие перепады температур. Внутренняя поверхность теплообменника, контактирующая с дымом по возможности должна быть идеально гладкой, чтобы конденсат даже при появлении срывался в конденсатосборник, не создавая лишних проблем.

Самодельные теплообменники для дымохода часто собираются без учета этих требований и без предварительного расчета, от чего возникает масса проблем, как с нагревом воды, так и состоянием дымохода.

С воздушными теплообменниками все обстоит проще. Если не подавать большой объем холодного воздуха с улицы, а использовать его для подогрева внутреннего объема в помещении, то перепада температур не будет достаточно для активной конденсации.

Для отопления

Для организации водяного отопления в доме теплообменник для дымохода будет отличным решением, но только при наличии теплоаккумулирующего бака. Для обогрева дома нет нужды постоянно нагревать холодную воду, теплоноситель в системе теряет после прохода контура 20-25°С и только. Соответственно снижается риск образования конденсата на поверхности дымохода.

Самый простой вариант теплообменника – змеевик из медной трубки, закрученный по спирали вокруг дымохода. Длина трубки не должна быть слишком длинной, учитывая даже маршрут до котла и обратно, и зависит от ее диаметра. Если взять, например размер ¼ дюйма, то желательно ограничиться протяженностью в 3,5-4 метра. Так можно будет обеспечить нормальный теплообмен с естественной циркуляцией воды в контуре «теплообменник — накопительный бак».

Если нет возможности установить котел близко к печи, то лучше использовать циркуляционный насос и принудительно прокачивать воду через теплообменник, тогда длина трубки уже не имеет особого значения. Использовать пайку или каким-либо образом улучшать контакт змеевика и дымохода не нужно. Слишком хороший теплоперенос больше сыграет в минус.

Большую теплоотдачу позволяет получить водяная рубашка, конструкция в которой поверх секции дымохода оборудуется внешний цилиндр, и вода заливается между ними. Секцию дымохода можно заменить на сборку труб меньшего диаметра, например 5-6 штук, так, чтобы их суммарное сечение равнялось каналу дымохода или немногим превышало его.

Основная сложность заключается в определении мощности теплоотдачи. Фактическое значение получается только на практике, и такой вариант мало кого устроит. Приблизительно можно подсчитать исходя из температуры горячих газов на выходе печи и по прохождению теплообменника. Удельная теплоемкость уходящих горячих газов составляет приблизительно 1,042 кДж/кг*К, чуть выше, чем насыщенный водяными парами воздух. В зависимости от перепада температур на входе и выходе теплообменника, площади контакта подсчитывается мощность.

Удельная теплоемкость воды 4,183 кДж/кг*К. Допустим перепад температур 150 градусов, тогда с каждого килограмма выходящего дыма можно нагреть килограмм или литр воды на 38°С. Далее вступает в расчет объем проходящих газов и КПД теплообменника, который, по факту, не превышает 60%.

На практике небольшой дом или соседнее помещение проще обогреть с помощью воздушного теплообменника для дымохода. В нем применяется тот же принцип, что и в водяной рубашке, только в пространство между группой труб пускают газ от печки, а саму конструкцию ориентируют перпендикулярно дымоходу. Получается, что дым обтечет трубки теплообменника и нагревает воздух в них, дальше путем принудительного вентилирования он подается по воздуховоду в другие комнаты дома.

Для банной печи

В бане использовать тепло от дымохода актуально только для ГВС или приспосабливать отопление воздушное. Воздушный теплообменник будет актуален в первую очередь для прогрева предбанника и раздевалки и других банных помещений, кроме парилки, где и так достаточно тепла от самой каменки.

Контур ГВС актуален для отдельно стоящего здания бани. Достаточно установить небольшую по объему емкость под потолком в соседней к парилке комнате и с помощью теплообменника нагревать воду в нем.

Монтировать контур отопления на основе теплообменника для дымохода, по меньшей мере, не актуально. Он по определению слишком завышен для обеспечения естественной циркуляции, а установка циркуляционного насоса и соответственно захолаживание стенок дымохода скажутся на тяге. Все упирается в повышенную теплоемкость любого, даже самого примитивного контура водяного отопления.

Недостатки

Основная сложность с теплообменниками для дымохода состоит в отсутствии адекватного регулирования мощности, нет хорошо отработанных способов прекратить нагрев теплоносителя или воды ГВС во время работы печки. Если просто перекрыть контур с водой, то остаток в теплообменнике может закипеть и разорвать дымоход и корпус устройства. Нужно полностью сливать жидкость.

Кое-как ограничивать мощность можно с помощью заслонок, но тогда пострадает тяга и отрегулированная работа самой печки. Обходной путь, фактически байпас, существенно усложняет конструкцию дымохода и делает его чрезмерно объемным.

Все сводится к простой идее. Не нужно мириться с потерей тепла, которое уходит в трубу. Но при установке теплообменника стоит учитывать, что он может играть лишь вторичные роли, как в отоплении, так и в горячем водоснабжении, существенно снижая нагрузку на основной источник тепла. При выборе актуальной модели необходимо тщательно подбирать мощность и режимы работы, чтобы не испортить условия эксплуатации самой печи.

Как сделать теплообменник на трубу дымохода – варианты конструкции и способы монтажа

Одним из обязательных элементов банной или отопительной систем является печь, которая может служить не только источником тепла в доме, но и подогревать воду для бытовых нужд. В данной статье мы расскажем, зачем нужен теплообменник на трубу дымохода, какие бывают разновидности такой конструкции, а также каким образом его можно установить.

Механизм функционирования

Металлическая печка, размещенная в доме, гараже или бане, в обязательном порядке оснащается дымоходом для вывода угарных газов и организации тяги. Эта труба в процессе протапливания печи может достигать очень высоких температур, порядка 200-500 ℃, что небезопасно для находящихся в помещении людей.

Если установить теплообменник на дымовую трубу, то можно существенно увеличить КПД печи, а также обезопасить себя от прямого контакта с горячей поверхностью. В установленном на дымоходе баке или змеевике теплоносителем будет выступать вода, однако, можно монтировать и воздушный теплообменник на трубу дымохода. Благодаря прямому контакту дымовой трубы с теплоносителем, их температурные показатели уравновешиваются, то есть вода или воздух постепенно нагреваются, а стенки трубы остывают.

По мере повышения температуры воды внутри регистра на трубу, она поднимается вверх, где попадает через специальный штуцер в водяной бак. Посредством входного штуцера, расположенного в нижней части теплообменника, в него попадает холодная вода, замещая теплую. Такая циркуляция продолжается постоянно, при этом вода может нагреться до очень высоких значений.

Воздушный радиатор на трубу дымохода имеет аналогичный принцип работы. Холодный воздух поступает внутрь теплообменника снизу, а после нагревания поднимается вверх и через трубопровод подается в отапливаемые помещения. Кроме того, пластины радиатора также отдают тепло. Воздушный теплообменник оптимален для отопления мансард на даче или предбанников бани, если такие помещения протапливаются лишь время от времени. В них нецелесообразно организовывать водяное отопление, поскольку придется постоянно заливать и сливать воду из системы.

Накопительный бак с водяным контуром

Установить бак-теплообменник на трубу дымохода в баню можно из оцинкованной жести либо из нержавеющей стали. На выбор материала будет в значительной степени влиять строение печи. Если в вашем распоряжении двухкамерный котел, в котором оборудована система дожигания газов, следовательно, выходящий в трубу дым будет уже не слишком горячим – не более 200 ℃. В таком случае материал для бака не имеет решающего значения. Читайте также: «Как сделать и установить бак на трубу для бани – практические рекомендации».

А вот в обычных конструкциях печей, где горячий угарный газ выходит непосредственно в дымоход, температура дыма может подниматься до 500 ℃. В такой ситуации единственный вариант – нержавеющая сталь, ведь оцинковка будет выделять токсины от сильного нагрева.

Как правило, устанавливают такой тип регистра на трубу – в баню, где необходимо постоянное снабжение большим количеством горячей воды. При этом сам бак устанавливают на печке внутри парилки или моечной, а вокруг трубы оборачивают нагревательный контур. В бачке предусматривают входной и выходной штуцеры для циркуляции воды в системе. Как вариант, подобный тип отопления можно использовать для гаража или подсобок. Читайте также: «Как сделать дымоход из трубы своими руками – пошаговое руководство».

Инструкция по изготовлению бака

Зачастую в магазинах можно купить теплообменник на трубу отопления с уже сделанным водяным контуром. Останется только монтировать его на новую фабричную печку и можно пользоваться. Однако при желании вы можете сделать теплообменник на трубу дымохода своими руками.

Потребуются такие материалы:

• листы стали и куски трубы из нержавейки разного сечения со стенками, толщиной 1,5-2мм;
• штуцеры на 1″ или 3/4″, чтобы подключить водяной контур к системе отопления;
• большой бак для воды из оцинковки или нержавейки объемом 50-100 литров;
• гибкие шланги или трубы из меди или стали для горячей воды;
• кран для слива воды из системы.

Работы по сборке теплообменника с баком состоят из таких этапов:

1. Разработка чертежа. Исходя из вида печки и диаметра дымовой трубы, определяют габариты бака. В простых металлических печах с прямым дымоходом на выходе газы очень сильно нагреваются, так что теплообменник может быть довольно крупным – около 50 см высотой.
2. Внутренний диаметр стенок накопительного бака нужно выбрать так, чтобы он плотно сел на патрубок дымохода. Внешний диаметр бака должен быть больше внутреннего сечения в 1,5-2,5 раза. Такие параметры позволяют быстро нагреть теплоноситель и обеспечить его свободную циркуляцию. Если в печи выходящие газы не очень горячие, то лучше ставить теплообменник на трубу дымохода для отопления меньших размеров, чтобы не скапливался конденсат и была хорошая тяга.
3. Сварочным аппаратом нужно скрепить все элементы конструкции, проследив, чтобы швы были герметичными. Штуцеры для циркуляции воды приваривают вверху и внизу бака.
4. Водяной котел усаживают на дымовой штуцер очень плотно, дополнительно обрабатывая швы жаростойким герметиком. В верхней части на баке точно так же крепится переходник на утепленную трубу, которую через потолок или стенку выводят наружу.
5. Нагревательный контур с теплоносителем подсоединяют к накопительному баку. Входящую трубу с холодной водой через штуцер подводят к баку с наклоном в 1-2 градуса. Труба с горячей водой, подключаемая к емкости через верхний штуцер, имеет наклон в 30 градусов. При этом сам накопитель монтируют выше теплообменника.
6. В самом низком месте бака врезают кран для слива воды. В парилке он может быть совмещенным с краном для забора горячей воды.
7. Прежде чем растапливать печь, в систему заливают воду, чтобы металлические элементы не перегрелись, а швы не полопались.
8. Заполнение водой в теплообменнике может быть как ручным, так и автоматическим. Если производится залив воды вручную, нужно установить на наружной стенке прозрачную трубку, чтобы следить за уровнем воды.

Стоит отметить, что от контура до бака не должно быть более 3 метров расстояния, а диаметр трубы лучше брать не уже 3/4″.

Теплообменник в виде змеевика

Если для монтажа предыдущего типа отопления от трубы дымохода требуется умение обращаться со сварочным аппаратом, то конструкция теплообменника в виде змеевика выполняется намного проще. Нужно только обернуть несколько колец гибкой алюминиевой или медной трубки вокруг дымохода. Эти металлы имеют высокий уровень теплопроводности и не разрушаются из-за коррозии.

По диаметру трубка должна быть удобной для подключения к штуцеру накопительного бака. Оптимально для сгибания выбирать трубу сечением не более 28 мм. По длине такой контур не должен превышать 3 метров, чтобы циркуляция воды была правильной. С помощью гибкой подводки можно подключить бак к змеевику.

Как правило, змеевики применяют для нагрева воды, хотя, иногда и для отопления маленьких комнат. Лучше всего себя показывают змеевики, закрепленные на дымовых трубах металлической печи с очень высокой температурой угарных газов.

Способ монтажа змеевика

Монтировать теплообменник-змеевик можно на дымоход банной печки или буржуйки в гараже или сарае. Он будет служить для отопления или для нагрева воды.

Для работы потребуется:

• алюминиевая или медная трубка длиной до 3 м;
• 2 штуцера 3/4″ и гибкий шланг для горячей воды;
• котел с поплавковым краном для заполнения водой и клапаном для ее использования;
• кран для слива теплоносителя из системы.

Технология монтажа системы выглядит так:

1. Первым шагом производится изгиб трубки, чтобы ее сечение осталось неизменным. Для медных труб менее 28 мм диаметра можно использовать трубогиб, не нагревая их. А вот стальные, алюминиевые и изделия с большим диаметром нуждаются в предварительном прогреве паяльной лампой.
2. Для сгиба можно воспользоваться сухим песком, заполнив им трубу и закрыв заглушками с обеих сторон. По образцу производят спиральный сгиб, после чего ссыпают песок и промывают трубу под напором воды.
3. В торцевых частях трубки нарезают резьбу для переходников под штуцеры, а затем подключают к системе.
4. Полученный змеевик монтируют на дымоход. Если припаять его оловом к трубе, теплоотдача будет лучше. Предварительно производят обезжиривание ортофосфорной кислотой.
5. Немного выше змеевика на опору или на стену вешают накопительный бак. Подключают его к теплообменнику гибкой подводкой и устанавливают кран внизу бака.

Отметим, что для безопасного и долговременного использования змеевика для отопления, нужна установка насоса, обеспечивающего циркуляцию воды в системе и препятствующего перегреву.

Регистр воздушного типа

Использовать на благо излучаемое дымоходом тепло и увеличить тем самым КПД буржуйки или печи для бани можно, установив воздушный бак-теплообменник. Он выглядит как корпус в форме цилиндра, сквозь который проходят несколько полых трубок. Снизу в них попадает холодный воздух, нагревается внутри теплообменника, поднимается вверх, откуда попадает в помещение. Такой тепловой поток можно направить в соседние комнаты, чтобы обогреть большее количество помещений. Читайте также: «Виды регистров из гладких труб, характеристики и особенности использования в системах отопления».

Существуют специальные конструкции печей с теплообменниками воздушного типа, которыми обогревают не только гаражи, но и большие теплицы или прочие постройки.

Теплообменник из гофра

Гофрированные канализационные трубы могут с успехом быть использованы для организации теплообменника. Их накручивают вокруг неутепленного отрезка дымовой трубы, чтобы воздух, находящийся внутри них, быстрее нагрелся и распространился в соседние помещения. А если обернуть такую трубу и дымоход фольгированным материалом, то прогрев будет происходить быстрее.

Оптимально использовать гофру для буржуйки, установленной в гараже (прочитайте также: «Как установить трубу для буржуйки в качестве дымохода»). Выведя отверстия воздуховодов пониже к полу, можно добиться равномерного распределения теплого воздуха во всем гараже и создать вполне комфортные условия.

Колпаковый теплообменник

Если нужно организовать отопление второго этажа и мансарды дома, то удобно использовать теплообменник в виде колпака. Он позволяет задержать теплый воздух, который скапливается возле потолка, внутри комнаты. Постепенно остывая, воздух будет опускаться вниз, и обогревать комнату остаточным теплом.

Изготовить такой колпак можно из огнеупорного гипсокартона, листа оцинковки или другого материала, после чего вывести воздуховоды к месту назначения. Для красоты колпак можно обложить искусственными камнями, которые будут нагреваться и постепенно отдавать тепло.

Негативные моменты

Наряду с пользой теплообменника на дымоходе, стоит отметить и ряд негативных факторов. Во-первых, из-за такой конструкции температура выходящих газов существенно снижается. Это может провоцировать излишнее накапливание сажи, образование конденсата и ухудшение тяги.

Немаловажный момент обустройства такой системы отопления – это просчитать, какой объем воды нужен для ее полноценного функционирования. Если ее будет мало, система может перегреться, вода в ней закипит, и трубы могут разорваться. Кроме того, важно обеспечить герметичность швов.

В любом случае, обустройство теплообменника позволяет увеличить эффективность любой печи. В целях безопасности, как минимум, дважды в год следует проводить визуальную диагностику системы и ее обслуживание – чистку сажи, замену дефектных элементов и так далее. Тогда можно будет с уверенностью использовать теплообменник для отопления дома и нагрева воды в бане.