Из чего сделать теплообменник в печь или котел

В последние годы все большую популярность набирает частное домостроение, так как городские жители переезжают в пригород, чтобы наслаждаться свежим воздухом и чистой природой. Однако не все пригороды обеспечены магистральным газоснабжением, а потому при постройке загородного дома возникает вопрос: как организовать его отопление? Применение электрического отопления тоже не всегда целесообразно, так как электрическая цепь бывает не в состоянии выдержать столь большие нагрузки.

Что такое теплообменник (змеевик)

Теплообменник — это главный элемент отопительного котла. Именно в теплообменнике вода нагревается до нужных температур, после чего тепло отбирается в помещение, через радиаторы отопления или другие приборы.

В процессе эксплуатации на теплообменник воздействуют высокие температуры, поэтому материалы его изготовления должны отвечать ряду определенных требований:

Что такое теплообменник (змеевик)
  • Первое и самое главное, теплообменник не должен подвергаться коррозии;
  • Материалы изготовления теплообменника должны хорошо передавать тепло;
  • Теплообменник должен быть стойким к ударам и повреждениям.

В большинстве случаев при изготовлении самодельных котлов отопления используют металлические трубы или куски сваренного друг с другом швеллера. Однако это далеко не все решения, поскольку в качестве теплообменника можно приспособить, например, чугунные батареи.

Описание теплообменника

На строительном рынке продается множество электрических генераторов тепловой энергии, работающих от разного топлива. Однако иногда практичнее использовать традиционные печи. Например, в тех случаях, когда дом расположен в отдаленных сельских местностях, где не исключены проблемы с подачей электричества или газа. Приемлемо размещение печи и в дачных строениях. А вот для того чтобы печь не только могла обогревать дом, но и обеспечивала вас горячей водой, правильным вариантом будет установка теплообменника.

Теплообменник представляет собой небольшой металлический бачок, объемом от 3 до 5л, с вмонтированными патрубками. Прибор нагревает поступающую холодную воду и отправляет ее к радиаторам и в съемный бак, вместительностью до 100 л, который дополнительно присоединяется к теплообменнику. Система работы предусмотрена таким образом, что, когда печь топится, то горячей водой обеспечивается и соседнее помещение, а в случае, когда баня не используется – вода автоматически сливается из системы. Непосредственно с огнем бачок не контактирует, а установку его производят в промежутке между печной топкой и конвектором. Печь растапливают в том случае, когда система собрана и заполнена водой.

Описание теплообменника

Различают в основном 2 вида теплообменников: внутренний и внешний:

  1. Внутренний теплообменник размещается непосредственно внутри печи. Прост в монтаже, однако в условиях печки из кирпича, добираться к нему сложнее. С металлической печью сделать это проще.
  2. Внешний – выглядит как модуль дымохода и представляет собой трубу, спрятанную внутри герметичной емкости. Эта труба отводит от печи тепло. Такую конструкцию легко ремонтировать и проводить техническое обслуживание.

Любой вид теплообменника для банной печи нужно  заполнять водой, а в некоторых случаях   антифризом. Жидкость в них подается из навесного бака. Циркулируя ее естественным способом, осуществляется работа системы. Иногда для циркуляции применяют электрический насос.  Однако специалисты рекомендуют использовать метод естественного движения воды в системе, плюс к этому лучше, если общая длина труб не будет превышать 3 метров, а толщина – не меньше 2,5 см.

Описание теплообменника

Определение площади теплообменника производится исходя из общей площади помещения бани. Как правило, для обогрева стандартного помещения, площадью 2 кв.м. расходуется примерно 5 кВт электроэнергии. Во многом этот показатель зависит и от силы горения топлива в печи, от нахождения самого котла, да и когда процесс топки прекращается, то мощность котла стремительно снижается.  Расчет площади поверхности теплообменника для печи нужно делать с запасом, для организации системы, способной поддерживать необходимую  температуру в бане.

Как работает печка с водяным отоплением

Суть проблемы

Когда мы рассматриваем печное отопление, больше всего нареканий, наряду с небольшим КПД, вызывает характер распределения полученной от сжигания топлива энергии. Тепло передаётся воздуху через стенки корпуса, каналов и дымохода, а в отопительно-варочных моделях ещё и посредством металлических деталей (плиты, духовки). В любом случае в помещениях возле отопительного устройства температура самая высокая, а чем дальше от теплогенератора, тем холоднее становится.

Кирпичная печь с водяным контуром – это не миф

Большинство печей рассчитано на небольшие дома с простой планировкой и открытыми площадями. Они, как правило, не могут обеспечить полноценное отопление многоуровневого коттеджа, или здания с большим количеством отдельных комнат. Всё потому что в этих условиях нет свободного перетока воздушных масс, невозможно обеспечить активную конвекцию. Такой теплогенератор обогревает 2-3 смежные комнаты. И всё.

Сборка отопительно-варочного устройства с водяной рубашкой из листового металла

Водяной контур как решение

Идея заключается в том, что к обычной дровяной печи подключается водяное отопление. Теплоноситель нагревается в отопительном устройстве и циркулирует по замкнутым в контур трубам. Через радиаторы или регистры он отдаёт энергию в комнатах и возвращается в печь, чтобы через стенки теплообменника получить тепло и снова продолжить своё движение.

Читайте также:  Монтаж инфракрасного теплого пола под плитку

Так удаётся прогреть сразу весь дом, в том числе те помещения, которые значительно удалены от печи или изолированы. Главная печная изюминка остаётся: каменный массив продолжает аккумулировать тепловую энергию и некоторое время работать после окончания топки. Причём кирпичные стенки греют не хуже, то есть мы просто снимаем больше тепла, получаем дополнительные ватты.

Почему лучше устанавливать трубчатые теплообменники

Конструкцию теплообменника, предварительно сваренную из бесшовных труб, устанавливают непосредственно в топку. Существует множество вариантов проверенных конструкций, разных размеров и конфигураций, например, хорошо зарекомендовавшие себя печи Кузнецова.

Чертежи таких теплообменников можно скачать в интернете или изготовить самостоятельно.

Наиболее часто применяются трубчатые теплообменные поверхности двух типов:

  1. Простой регистр выполняется в форме прямоугольника, могут устанавливаться как с одной стороны топки, так и с двух, и даже трех. Такие теплообменники просто обслуживать, при необходимости их замены или при ремонте, они легко вынимаются из топки, без разборки кладки. Поверхности нагрева со сложной конфигурацией требуют тщательного расчета, чтобы обеспечить надежную циркуляцию в горячих зонах и не допустить местный перегрев труб в топочной камере.
  2. Теплообменный аппарат «паук» относится к сложным конструкциям и требует в обязательном порядке использовать бесшовные трубы. Эффективность работы у него выше, чем у простого теплообменника, поскольку он создает свод топочной камеры, что позволяет ему максимально снять температуру от дымовых газов.
Почему лучше устанавливать трубчатые теплообменники

В некоторых случаях в печь водяного отопления устанавливается плоские стальные теплообменники, действующие по принципу водяной рубашки. Если сравнивать плоскую и трубчатую систему, то преимущества будут у последней.

При одной и той же геометрии, у трубчатых теплообменников поверхность нагрева больше. Так, если развернуть стальную бесшовную трубу по ГОСТ 12132-66 с Ду=50 мм, то ее окружность составит 3,14х50= 157 мм.

Установленные межтрубные зазоры позволяют не только эффективно очищать поверхность нагрева от сажевых отложений, но и повышают площадь нагрева от кирпичных стен.

Открытый огонь в топочной камере, через зазоры хорошо и быстро прогревает кирпич, что повышает в целом систему обогрева в доме или бане.

Плюсы и минусы печи

Обычная печка неравномерно распределяет тепло: непосредственно возле печки очень жарко, а чем дальше, тем становится холоднее. Наличие водяного контура позволяет теплу, которое вырабатывает печка, равномерно распределяться по всему дому.

Строительство отопительной печи с водяным контуром

Плюсы и минусы печи

Таким образом, только одна печка способна обогреть одновременно несколько помещений в доме. Печка работает почти также, как твердотопливный котёл. Только она не просто разогревает теплоноситель и водяной контур. Помимо этого происходит нагрев стенок и дымовых каналов, которым также отводится важная роль в отопительном процессе.

Теплообменник (змеевик) — основной элемент печки. Его устанавливают в топливную часть печки, и там к нему подключают всю систему водяного отопления.

К достоинствам печи с водяным контуром можно отнести следующие особенности:

Плюсы и минусы печи
  • В первую очередь для такой печи не нужно приобретать дорогостоящие агрегаты и комплектующие.
  • Правильно выстроенная печь прослужит вам длительный срок, не требуя дорогостоящего ремонта. Иногда, возможно, нужен будет лишь небольшой косметический.
  • Печку можно создать любого дизайна: форма, размеры, декорирование — всё это на ваш вкус и финансовые возможности.
  • Если сравнить печку, оборудованную водяным контуром и твердотопливный котёл, то с помощью первой происходит обогрев не только теплоносителя, но и дымовых отводов.
  • Змеевиком можно оснастить уже построенную печку. Его можно вставить и в варочную печку.

    Вариант печки, которая прекрасно вписывается в интерьер помещения

Недостатки у такого рода отопления тоже имеются.

  • Когда теплообменник вставляют в топливную часть, драгоценное пространство последнего сильно уменьшается. Проблема решаема, если теплообменник встраивается в печь на этапе её строительства. Просто эту часть необходимо увеличить. Ну а если его вставляют в уже выстроенное сооружение, то другого выхода нет, кроме как неполного закладывания топлива, а частями.
  • С такой печкой повышается пожароопасность. В печке и камине горит открытый огонь, плюс ко всему зачастую рядом хранятся запасные дрова. Не оставляйте без присмотра этот агрегат.
  • Если печь будет эксплуатироваться неправильно, то попадание в помещения дома угарного газа может привести к весьма печальным последствиям.

    Изображение, по которому становится понятно, что без присмотра агрегат лучше не оставлять

Плюсы и минусы печи

Специалисты советуют использовать в таких конструкциях незамерзающую жидкость, если в доме люди живут не постоянно, а, например, только в летний период времени.

Особенности кладки, о которых вам нужно знать

  • Соблюдение порядовки – обязательное условие при возведении кирпичной печи с водонагревательным котлом. В противном случае вы можете некачественно перекрыть те или иные каналы и т.д.
  • Толщина швов должна составлять от 3-х до 5мм. Важно, чтобы эта толщина была одинаковой везде. Кроме того, следите, чтобы швы располагались строго по горизонтальной прямой.
  • Выполнение перевязки швов – такое же обязательное условие, как и четкое следование порядовке.
  • Все элементы печи из металла монтируются одновременно с кладкой кирпича. Если оставить это на потом, то есть попытаться сделать это после окончания кладки ряда, у вас может не получиться установить те или иные детали.
  • Закрепление дверцей в кладке осуществляется с помощью металлической проволоки. Протянув ее через отверстия в самой дверце, концы монтируются прямо в шов кирпичной кладки. Когда раствор застынет, соединение будет максимально прочным.
  • Уложив 2-3 ряда, оставьте их на сутки для высыхания. Лучше не торопиться и сделать все качественно, чем сложить печь за сутки, а затем обнаружить в ней массу изъянов.
Особенности кладки, о которых вам нужно знать

Правила ухода за кирпичной печью

Самодельная печь должна отвечать требованием пожарной безопасности. Поэтому, нужно уделить особое внимание подготовки к строительству.

  • Определиться с местом расположения печи.
  • Подготовить правильный чертеж.
  • Купить качественные материалы для строительства.
  • Закупка инструментов.
  • Составить смету расходов.

Правильно составленные чертежи станут вашими главными помощниками, так как именно чертежи самодельной кирпичной печи помогают избежать многих ошибок. Готовые планы можно найти в интернете.

Правила безопасности

Для обеспечения исправного функционирования печного устройства с котлом необходимо строго соблюдать правила и требования безопасности, а кроме этого, выполнять некоторые рекомендации по уходу за самодельной конструкцией. Они заключаются в следующем:

Правила безопасности

Для того чтобы обеспечить нагнетание жидкости, рекомендовано оснастить самодельный прибор насосной установкой. Кроме этого, стоит воспользоваться специальными приборами, при помощи которых можно контролировать и регулировать давление.

Какие размеры должен иметь дымоход

Варианты размещения дымохода.

Тяга в канале дымохода будет происходить из-за отличий в высоте входа и выхода, а также за счет разницы температур. Для обеспечения непрерывной работы любого устройства для отопления понадобится сделать сильную тягу

Перед началом кладки важно определиться с тем, какой тип устройства для отопления будет использован, какие оно имеет габариты и сколько планируется делать каналов

Число каналов можно определить с учетом мощности прибора для отопления, топлива и особых требований производителя устройства.

Если диаметр канала дымохода будет значительно превышать расчетное значение, тяга в подобном канале сильно снизится. В результате будут частые перебои в функционировании газового котла или другого устройства для отопления. Если диаметр канала будет меньше, то это может препятствовать отводу продуктов сгорания. Именно по этой причине в большинстве случаев останавливается работа котлов.

Чтобы изготовить кирпичные каналы, понадобится использовать керамический кирпич марки М50-75. Можно применить и бетонные блоки, которые имеют каналы с квадратным сечением.

Если планируется использовать для изготовления дымохода керамический кирпич, то стоит знать, что его минимальное сечение составляет 14х14 см. Если планируется приобрести материал с круглым сечением, то допустимый диаметр составляет 15 см или более.

В дымоходе из кирпича, высота которого составляет менее 5 м, габариты каналов надо увеличить до 14х20 см или до 18 см в диаметре. Подобные конструкции должны изготавливаться в стенках между помещениями, которые планируется отапливать. Таким способом можно будет создать определенную защиту несущих конструкций от охлаждения, которое в большинстве случаев приводит к ослаблению тяги.

Нужно попытаться сгруппировать каналы дымохода так, чтобы в устройстве, которое будет выводиться над кровлей, их число было максимальным. Таким образом можно будет снизить денежные затраты на работы по изготовлению и значительно улучшить работоспособность дымоходного приспособления.

Теплообменник открытого сифонного типа

Очень интересный и эффективный вариант нагревать воду на печи, но, к сожалению, не очень распространенный. В печь вваривается наклонная труба, запаянная на конце. Ее второй конец — открытый срез — приварен в нижней части бака с водой. Когда вода налита в бак, часть ее попадает в трубу, расположенную в печи, где она нагревается вплоть до кипения. Выделяющийся при кипении пар пузырьками поднимается вверх. Попав в холодную среду пузырек лопается, передавая значительную часть тепла окружающей воде. Кроме того перенос тепла происходит за счет все той же конвекции (движения горячей воды вверх, а холодной вниз).

Кирпичная печь с котлом водяного отопления. Использование чугунного радиатора. Кладка печи

Для парной лучшим видом топлива служат дрова, и при разных конструкциях обогревателей получается разный расход этого материала.  Если вы хотите создать оптимальные условия для расхода энергоресурсов, то вам понадобится самодельная кирпичная печь с водяным котлом. Хотя такой котёл очень компактен, он обладает высокой теплоотдачей, что и нужно именно в вашем случае.

Печь из кирпича с водяным котлом

Монтаж печи и котла

Ниже мы рассмотрим, как выгнать кирпичную печь-камин и встроить в неё котёл. Также мы рассмотрим, как сделать такой котёл из подручных материалов. В качестве дополнения будет продемонстрировано видео в этой статье.

Используем чугунный радиатор

Чугунный радиатор М 140

  • Если взять одну секцию чугунного радиатора М 140, то она будет вмещать в себя 1,5л воды и по площади занимать 0,254м2. Значит, двенадцать таких секций составят в сумме котёл площадью 3м2, который вместит в себя 18л воды. Чтобы сварить такую ёмкость из листовой нержавеющей стали, вам понадобится много времени, к тому же цена на такое изделие будет значительно выше.
  • Самодельный водяной котел для кирпичной печи из радиатора сможет отопить достаточно большую площадь, но для того чтобы эффект получился максимальным, секции нужно отделить друг от друга, тщательно почистить и вымыть 6%-ым раствором соляной кислоты, а затем собрать заново. Ведь, скорее всего такую конструкцию вы не будете покупать, а возьмёте из старой системы отопления.

Совет. Во время переборки батареи обязательно нужно заменить картонные прокладки, ведь температура при отоплении дровами может достигать 500⁰ C -600⁰ C , а при отоплении углём – и того больше. Но вместо картона вам нужно будет вставить асбестовый шнур, предварительно пропитав его граффити  с олифой. Совет. Котёл-радиатор нужно устанавливать не в саму печь, а позади топки, чтобы она нагревалась горячими газами и дымом, а не огнём. Подачу и обратку лучше всего монтировать перпендикулярно полу.

Кирпичная печь с котлом водяного отопления. Использование чугунного радиатора. Кладка печи

Особенности кладки печей

Топку обязательно выкладывают шамотным кирпичом

  • Для возведения печи можно использовать декоративный и строительный кирпич, а также двойной силикатный кирпич М 150. Но если вы хотите построить качественный отопитель, то вам понадобится огнеупорный и шамотный кирпич, который необходимо использовать для наиболее горячих мест конструкции. Так, саму топку лучше всего выкладывать именно из шамотного камня, а стены котла и трубу из огнеупорного.
  • Кладку нельзя укладывать шов в шов, потому что она растрескается. Поэтому каждый кирпич верхнего ряда должен перекрывать стык на нижнем ряду. В данном случае уместна ложковая перевязка.
  • Использование цементного раствора при возведении кирпичной печи уместно лишь на низ и на дымоход. То есть, начиная со второго ряда, следует переходить на глинисто-песочный раствор и использовать его до самой крыши. Заделывать дымоход сверху глиной нельзя из-за влаги, поэтому здесь опять не обойтись без цементно-песочного раствора.
Читайте также:  Методические рекомендации по расчётам для обустройства теплого пола

Резка кирпича

  • Раньше кирпич просто разбивали кирочкой или топориком, а затем подтёсывали, но при такой огранке экземпляры получались неровными, и вывести точный размер было практически невозможно. Сейчас для этого используют алмазные диски, которые можно установить либо на электроциркулярку, либо на болгарку (угловую шлифовальную машину). Если циркуляркой можно сделать только прямые резы, то болгарка позволяет обрабатывать также круглые грани, вырезая камень для усложнённого дизайна наружной части конструкции.

Подвод воды к болгарке

  • Когда печь складывается из цельного кирпича, то это говорит о том, что её хотят сделать качественно и красиво, что влечёт за собой много резки цельных образцов. Чтобы избежать большого количества пыли, неизбежной при этом процессе – можно сделать дополнение к болгарке – подвести от электронасоса шланг к кожуху диска. Сзади кожуха приваривается трубка, на которую и надевается этот шланг, только нужно быть аккуратным, чтобы не залить электродвигатель, что приведёт к короткому замыканию.

Змеевик для печей

Один из самых простых в изготовлении теплообменников – змеевик. Все что нужно – найти трубу из достаточно пластичного металла. Чаще всего используется медь или алюминий, так как оба металла стойки к коррозии и легко гнутся. Затем труба изгибается, причем форма в принципе может быть любая.

Для того чтобы вода активно двигалась самотеком (без насоса) общая протяженность змеевика не должна превышать 3 метров (это с учетом соединения до выносного бака). Создавая свой теплообменник, «примеривайте» его к печи: он не должен соприкасаться с открытым пламенем, а нагреваться должен раскаленным воздухом. На концах нарезается наружная резьба, к которой затем подсоединяются через фитинги выносной бак.

Змеевик для печей

В самом простом варианте теплообменник может иметь вид подковы. Тогда использовать можно и нержавейку – так ее можно согнуть. Например, на видео ясно видна подобная форма, которую использовали в печи для бани «Витра» (видео о том как перенести теплообменник в печи Vitra с левой боковой панели на правую ищите в конце статьи).

Простейший вид теплообменника для банной сети — изогнутая трубка с резьбой на концах

Один из видов змеевика – регистр. Это, как правило, сварная конструкция из труб, которая часто чем-то напоминает отопительные. Регистр для банной печи чаще всего варят из нержавейки, так как только она может длительное время переносить жесткие условия эксплуатации. Сварные конструкции имеют большой размер и вес, и потому их чаще устанавливают кирпичных печах. В железной печи не всегда можно найти место для размещения небольшой трубки-теплообменника, не то что громоздкой сварной конструкции. А при проектировании кирпичных банных печей можно выделить место и под регистр.

Змеевик для печей

Теплообменник-регистр. Такой в готовую металлическую печь не поставишь. Это вариант или для самодельной железной печи или для кирпичное (скорее так судя по размерам)

Иногда теплообменник выполнен в виде небольшой емкости с водой (объем до 3-х литров), который также располагается внутри топки без непосредственного контакта с огнем. Принцип его работы ничем не отличается от других. Чтобы служил такой бачок-теплообменник дольше, при изготовлении своими руками, постарайтесь сделать конструкцию так, чтобы было как можно меньше сварных швов. Например, возьмите лист нержавейки (толщины 1-2 мм достаточно) и на листогибе придайте требуемую геометрию. На корпусе шов будет всего один, плюс приварены будут боковые панели и входные патрубки.

Теплообменник для банной печи фирмы «Ермак» — уникальная конструкция

Змеевик для печей

Изготавливая любой из теплообменников, расположенных внутри топки, нужно помнить, что отбирать без ущерба для обогрева помещения они могут не более 10% мощности печи. Так что чересчур большие регистры делать нерационально. Их и разместить сложно и они отрицательно скажутся на температуре воздуха в парной. Лучше рассчитать систему так, чтобы можно было за все время посещения бани подогреть воду несколько раз: вам ведь не нужны сразу 150 литров кипятка? Сначала надо немного горячей воды чтобы запарить веники, потом чуть больше, чтобы помыться перед парилкой, и затем еще некоторое количество, чтобы ополоснуться. В результате, нужны, может и 150 литров горячей воды, но порциями. Так зачем делать систему на 150 литров и ждать несколько часов, пока она будет приемлемой температуры, если можно сделать бак на 50-70 литров и несколько раз нагреть в нем воду, которая будет расходоваться по мере необходимости…