Водяной теплообменник для кирпичной печи. Изготовление, замуровывание в кладку

Моё отопление в деревенском доме – кирпичная теплоемкая дровяная печь. Это дёшево, многофункционально, экологично (дровишки — один из немногих восполнимых энергоресурсов, что приятно). Печь отопительно-варочная, со встроенной духовкой и камином сзади. Отопительная печь имеет более высокий КПД — лучше сжигает дровишки и использует тепло, но комбинированная с варочным настилом позволяет при топке (обычно, два раза в сутки, утром, вечером) еще и готовить. Это очень удобно, и здорово экономит баллонный газ (дорого и далеко тащить). Словом, всем хорошо, но и так невеликих размеров плита — чугунный варочный настил с конфорками, наполовину занят баком с водой.

Тяжелый (более 50 л воды плюс сама железка) бак, кроме прочего, опирается на не самую прочную часть заделки плиты и предположительно, способствует ее деформации и разрушению. Словом, не место ему там, хотя горячая вода нужна.

Родилось логичное, хотя и несколько хлопотное решение – изготовить и замуровать в печь небольшой металлический теплообменник и соединить его трубами со стоящим на крышке печи баком. Это мощная кирпичная кладка и вес бака для нее – тьфу! И не заметен вовсе. Освободится для готовки плита, никто не будет ее раскаленную корежить своим весом, да и вообще, железный ящик уберется из полезного рабочего пространства. Единственный момент – ведром наливать холодную воду, в бак под потолком, как прежде уже не выйдет. Для этого будет применен небольшой электрический насосик.

Теплообменник сварен из прямоугольной «черной» стальной трубы 40х20 мм. Некогда, такую конструкцию сделал для предполагаемой банной печи, но проект изменился и железка валялась без дела. Ждала своего часа. Здесь она использована как заготовка. Полуфабрикат.

В печи подобрано подходящее для теплообменника место. Здесь, стоит сказать, что частый случай размещения водяных теплообменников непосредственно в топке печи – грубая ошибка. Собственно, понятно – хочется, чтобы грело погорячее, вот и сунуть его прямо в огонь. Практика, однако, говорит иное. Наиболее выгоден в кирпичной печи высокотемпературный режим горения. При этом максимально догорает органика, дальше по ходу топочных газов выгорает сажа, её в принципе образуется значительно меньше. Такой режим горения принимается при проектировании печи и учитывается в конструкции. Это и небольшая утепленная топка для быстрого нагрева, и огнеупорная футеровка и некоторые другие особенности. Понятно, что размещение теплообменников, интенсивно отбирающих тепло прямо в топке, не дает развиться высоким температурам и со значительным КПД сжигать топливо. Отсюда и засаживание печи, и характерный неприятный запах в помещении, и большой расход дровишек.

Разумно размещать теплообменник за топкой, в специально спроектированных полостях или даже каналах конвекционной системы уже существующей печи. Очень удобны в этом смысле колпаковые печи. Моя имеет два яруса таких полостей-колпаков и один из них на первом этаже подошел чудо как хорошо. Расположена полость над и сзади топки, раскаленные топочные газы выпускаются в нее через щель. Выходные патрубки теплообменника при этом удобно расположены в помещении, соединение с внешним баком будет максимально коротким.

Что понадобилось для работы.

Для работы с железками — набор слесарного инструмента, набор инструментов для сварочных работ, расходные и вспомогательные материалы, средства защиты.
Для работ кирпичных – инструмент для резки кирпича, емкости, сита, материалы, инструменты для приготовления кладочного раствора; емкость для вымачивания кирпича, сопутствующие мелочи.

От имеющегося теплообменника отрезана часть. Коротенькие коллекторы с двумя параллельными ветвями. Размеры его преотлично подходили для выбранного для установки места в печи.

Колпаки в печи плоские, шириной в полкирпича. Ширина моего теплообменника как раз позволяет хорошо расположить его внутри, не опираясь и не прикасаясь к внутренним стенкам. При этом топочные газы будут омывать железку со всех сторон, отдавая тепло.

Входные патрубки теплообменника из отрезков стандартной водопроводной трубы ¾ дюйма, на их концах приварены коротенькие части с резьбой (продаются). Выводы теплообменника – вбок.

Итак, отрезанную заготовку заглушил. Подобрал две пластинки – обрезки полосы, приварил, обрезал лишнее.

В соответствующих местах железку зачистил и разметил места для входных патрубков. Отверстия большого диаметра сделал хрестоматийно – накернил и просверлил изнутри по кругу ряд некрупных отверстий, удалил перемычки, волшебным напильником довел отверстие до желаемой формы.

Патрубки применил уже готовые, с приваренной резьбой, от старого большого теплообменника-донора. Отрезал, уточнил длину, подогнал торцы. Последнее — для некоторой разогнутости патрубков вверх и вниз при штатной установке в печи. Это позволит всплывать пузырям воздуха через верхний и полностью сливаться воде через нижний.

Основная часть теплообменника готова. Для проверки на герметичность заглушил один из патрубков стандартной заглушкой с лентой ФУМ и погрузив железку в корыто с водой щеками надул воздух. Пара обнаруженных некрупных свищей разделана и заварена.

Теплообменник держится на замурованных в кладку патрубках. Дополнительные пластины-упоры позволяют точно и надежно зафиксировать железку в выбранном положении.

Первая внутренняя пластина-упор может быть неказистой и упрощенной. Здесь, применил нетонкие пластины – куски стандартной полосы с выпиленными болгаркой посадочными местами для патрубков.

Выбор положения внутренней пластины на патрубке теплообменника, где: 1 – ширина колпака печи; 2 – отступ железки от внутренней стенки печи.

Выбором положения внутренней пластины-упора определяется положение теплообменника в полости колпака. Оно выбрано так, чтобы железка располагалась примерно в середине колпака, нигде не соприкасаясь с внутренними стенками. При этом максимально задействована полезная площадь теплообменника, газы омывают железку равномерно.

Для правильного и одинакового положения пластин на неровных (разогнутых вверх-вниз) патрубках, на время их монтажа соорудил простейшую оснастку.

Пластины наружные должны выглядеть культурно, половинками не отделаешься. Для них подобрал обрезки нетолстой листовой стали

1 мм толщиной. Вырезал квадратики, разметил центр и внутреннее отверстие. Его оказалось очень удобно, аккуратно и быстро выпилить ювелирным лобзиком.

Для монтажа внешней пластины использовал обломок кирпича – имитация стенки печи.

Внешние части теплообменника не поленился зачистить, обезжирить и покрасить – два слоя некоей термостойкой эмали для радиаторов.

Монтаж готового теплообменника в печи.

Место установки выбрано заранее, сейчас только уточнил положение по месту и отметил кирпичи подлежащие удалению.

При нормальной толщине шва (

5 мм) и отсутствии металлического армирования, работа хоть и не самая приятная, но особенных трудностей не вызывает. Ускоряет и облегчает процесс, смачивание глиняно-песчаного кладочного раствора водой. Из пулевизатора. Действовал так. Швы вокруг кирпичей попшикал не допуская потёков, подождал пока вода впитается, еще разок и еще. Влажную кладочную смесь выскреб плоской железкой, снова смочил. В качестве инструмента – кусок станочной пилы по металлу со сточенными зубьями. Работает долго и без видимых изменений. Инструменты вроде шпателя-ножа-отвертки моментально стачиваются до неузнаваемости.

Любые железки замуровываем в печную кладку, учитывая их большее, нежели у кирпичей тепловое расширение – через упругую огнеупорную прокладку. Здесь, это несколько слоев накрученного на патрубки асбестового шнура вымоченного в жидкой глине.

Свежая печная кладка отмыта и высушена частыми протопками некрупными палочками.

Изготовленный своими руками теплообменник будет служить «сердцем» системы отопления дома

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.

Схема кирпичной печи с теплообменником

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:

1. Простота изготовления. Если в доме уже существует печь, то придется потратиться только на изготовление самодельного теплообменника и монтаж системы отопления.
2. Комбинированное отопление. Дополнительно к обогреву дома от поверхности печки прибавится водяная система отопления.
3. Разнообразие видов топлива. Можно топить печь любыми твердыми энергоносителями, в отличие от котлов, ориентированных только на определенный вид топлива.
4. 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.

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. 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.