Кому и зачем нужен теплообменник на трубе дымохода: обзор вариантов конструкций + инструкция по сборке и установке

Любой частный дом, дача, банька и иногда даже гараж требуют отопления в зимнее время года. Но перед любым рачительным хозяином встает вопрос, как уменьшить расходы на топливо и эффективнее использовать отопительный прибор. Одно из современных перспективных направлений увеличения КПД – использование тепла горячих отходящих газов.

Я приветствую своего дорогого читателя и предлагаю вашему вниманию статью о том, что такое теплообменник на трубу дымохода и как его изготовить своими руками.

Что это такое и для чего он нужен

Теплообменник – устройство от передачи тепла от нагретой среды к более холодной. Принцип один, конструкций +множество. Теплообменник для дымопровода позволяет отобрать часть энергии отходящих газов и применить ее для обогрева соседнего помещения или нагрева горячей воды.

[info-box type=»bold»]Устройства для отбора тепла отходящих газов для дымохода можно использовать только в том случае, если труба изготовлена из стали. На современные керамические и сэндвич-конструкции установить теплообменник не получится, так как наружная поверхность утепленной трубы холодная.[/info-box]

Газы, отходящие от современных газовых и пеллетных котлов, негорячие – порядка 200 °С, поэтому получить много тепла от дымохода не получится. От твердотопливных котлов отходят более горячие газы – до 600 °С, и рекуператор позволяет получить довольно значительное количество теплоты для обогрева или нагрева воды.

Максимальное количество тепла от отходящих газов можно получить при эксплуатации не слишком современных традиционных печей, каминов, самодельных буржуек. КПД у этих отопительных приборов небольшой, температура дымовых газов высокая, поэтому немалую часть уходящего тепла можно уловить при помощи теплосъемника. Применение теплосъемников на дымопровод самодельной буржуйки позволяет улавливать до 30-40% энергии дополнительно.

Основная причина установки теплообменника в том, что он позволяет максимально использовать энергию сжигания топлива и экономить расходы на отопление. Кроме того, иногда при отоплении небольших домов экономически нецелесообразно приобретать отопительный прибор с теплообменником и устанавливать систему отопления.

Современный камин или печь хорошо обогревают дома площадью до 70 м² и даже больше, в отоплении нуждаются только некоторые помещения – ванные или дальние спальни, помещения второго этажа или мансарды, вот для их отопления и можно приспособить тепло от рекуператора для дымохода. Иногда теплообменник для дымохода применяют для подогрева воды.

Принцип работы

Принцип работы теплообменника для дымоходов – рекуперация тепла через теплопроводную стенку. Теплоносители при этом движутся в одном или различных направлениях. В противоточной конструкции теплоносители движутся в противоположных или в перпендикулярных направлениях, в прямоточных – параллельно.

Виды и конструкции

Теплообменники в первую очередь подразделяются по теплоносителю на воздушные и жидкостные (водяные). В принципе, допускается заливать масло и антифриз, но не в самодельных конструкциях, так как антифриз ядовит и дорог, а масло может загореться при возникновении неплотностей.

По конструкции водяные устройства обычно выполняют в виде змеевика или регистра (трубы) с водой (водяная рубашка); воздушные представляют собой колпак с отводом теплого воздуха или широкую вставку в дымоход с вваренными поперечными элементами.

При принятии решения о том, как снять остаточное тепло дымовых газов, следует иметь в виду, что отбор тепла в дымоходе уменьшает тягу, а на прогретые стенки дымохода может выпадать конденсат. Особенно этот недостаток заметен в газовых котлах, у которых температура отходящих газов невелика. Но на недорогих самодельных печах на конденсат можно не обращать внимания.

Водяной

Преимущество воды для рекуперации – она обладает высокой теплоемкостью и более эффективно отбирает теплоту дымовых газов. Но водяные рекуператоры требуют более качественного изготовления – система не может протекать; при ее эксплуатации необходимо следить, чтобы не было перегрева, так как закипевшая вода может разорвать трубопровод.

Если водяные конструкции используют в гараже, мастерской, «даче выходного дня», отдельно стоящей бане – воду придется сливать в зимнее время года, поскольку замерзшая жидкость также может разорвать трубопровод.

Через металлические стенки дымохода нагревается контур с водой, при прогревании вода поднимается вверх, затем в батареи, охлаждается, опускается в батарее вниз, уходит в обратку и подсасывается назад в теплообменник.

Для оптимизации работы системы в нее включают расширительный бак – это уменьшает возможность закипания. Некоторые умельцы монтируют насос, получается полноценная небольшая система отопления.

Водяные системы используют для отопления с помощью радиаторов или горячего водоснабжения. Серьезный недостаток – невозможность регулировать температуру нагрева воды, при перегреве ее просто приходится сливать. Заливать в систему холодную воду при работающем отопительном агрегате нельзя – вода может закипеть, порвать трубы и повредить дымоход, при этом на внутренних стенках дымоходной трубы оседает конденсат.

Самая простая в изготовлении конструкция. Змеевик обычно изготавливают из трубки, которую обматывают по спирали вокруг стального дымохода. Трубки используют медные, обычные стальные, из нержавейки, алюминия. Алюминиевые не стоит использовать для твердотопливных котлов – его температура плавления 660 °С, а температура отходящих газов твердотопливных отопительных аппаратов достигает 600 °С.

При намотке (гибке) трубу следует заполнить песком и заглушить с обоих сторон – это позволит избежать дефектов (заломов, складочек, перегибов). Для улучшения прогрева змеевика между витками должно быть небольшое расстояние – до 1 диаметра.

Иногда используют гофру, но это не самый долговечный материал для змеевика (особенно из оцинкованной углеродистой стали).

Регистр – кожух большего диаметра, чем дымоход. Регистр надевается сверху на корпус дымохода и приваривается, торцы завариваются пластинками с вырезанными отверстиями, соответствующими диаметру дымохода. Снизу вваривается или вкручивается патрубок для подвода воды, сверху – для вывода теплой воды. В остальном используется аналогично змеевику. Кожухи изготавливаются не только круглыми, но и квадратными.

Воздушный

Этот вариант больше подойдет для локального отопления помещений – одной комнаты, ванной, предбанника. Воздушные конструкции проще собрать. Иногда используют змеевик или регистр, иногда – теплообменник Кузнецова или колпаковый. В змеевике слишком большое сопротивление стенок трубы, она не должна быть слишком длинной. Из-за этих сложностей его редко используют. Воздушные рекуператоры меньше охлаждают дымоход, поэтому меньше вероятность выпадения конденсата на его стенках.

Иногда не сооружают сложные конструкции, а используют подручные материалы – приваривают к дымопроводу ребра из уголков или согнутых полос, трубы, открытые с обеих сторон, крепят «юбочки» или полосы (алюминиевые или из тонкой стали), согнутые в гофрированную конструкцию.

Теплообменник Кузнецова представляет собой расширенный цилиндр, поперек которого ввариваются трубы. Цилиндр монтируют в дымоход, по внутренней части идут горячие дымовые газы и нагревают поперечные элементы. Воздух из полостей выходит в помещение и отапливает его или собирается в воздуховод и поступает в соседнее помещение.

Если в небольшом доме отсутствуют системы отопления и есть необходимость протопить комнату на мансарде или втором этаже, используют колпаковый теплообменник. Вокруг дымохода устраивают цилиндр, открытый снизу, вверху воздух из цилиндра поступают в трубы, идущие на второй этаж. Теплый воздух выпускают в нижней части помещения второго этажа – так горячий воздух лучше распределяется в помещении и максимально протапливает его.

Иногда вместо цилиндра над печью устанавливают колпак под потолком, в него поднимается нагретый печью воздух и по трубам поступает в помещение второго этажа. Можно установить вентилятор, в таком случае теплым воздухом легче отапливать помещение на одном этаже с печью.

Какой вид лучше

Какой вид лучше, определяется тем, что именно и каким способом необходимо отопить. КПД лучше у водяных рекуператоров – 50-60% (для регистрового параметр выше, для змеевика – ниже). У воздушных устройств КПД ниже.

Для ГВС или радиаторной системы отопления лучше устанавливать водяные теплообменники. Воздушные больше подходят для отопления близко расположенных отдельных помещений.

Расчеты мощности

Самостоятельно рассчитать мощность рекуператора при отсутствии исходных данных (мощности печи, температуры и количества исходящих газов в единицу времени, площади соприкосновения теплообменника и металла дымохода, скорости прохождения воздуха или воды через устройство) [info-box type=»bold»]практически невозможно[/info-box]. Можно измерить мощность уже смонтированного теплообменника.

Ориентировочно стоит рассчитывать на то, что теплообменник на дымопроводе твердотопливной печи или камина прогреет пару небольших радиаторов, повысит температуру в гараже или сделает теплее комнату в мансарде, предбанник в бане.

Купить или сделать самому

Если вы хотите увеличить теплоотдачу от дорогого покупного котла, лучше купить готовые качественные устройства – промышленность выпускает их в достаточном ассортименте. Но если хочется модернизировать буржуйку в бане либо гараже или повысить КПД камина со стальной трубой на даче – можно неплохо сэкономить, изготовив и установив теплообменник на дымоход своими руками. Установка теплообменника силами наемного специалиста обойдется во столько же, сколько стоит сама конструкция.

Самый простой вариант – змеевик – вполне может изготовить домашний любитель даже без большого опыта, а для домашнего мастера, имеющего хотя бы небольшие навыки сварщика, по плечу и более сложные конструкции.

Примерная цена

Стоимость промышленно изготовленных теплообменников для дымохода различается в зависимости от конструкции и производителя.

Ходовые теплообменники-баки для дымохода диаметром 115 мм емкостью 6 л стоят рублей, емкостью 12 л стоят рублей.

Как самостоятельно изготовить устройство

Несложный змеевик несложно изготовить самостоятельно из медной трубки. Для дымохода диаметром 100 мм подойдет медная трубка с диаметром ¼ дюйма и длиной 3-4 м. К концам трубы следует припаять фитинги с резьбой. Затем трубку заполняют мелким песком, закручивают их и обматывают дымоход.

[info-box type=»bold»]Между витками желательно оставлять небольшое расстояние – тогда труба от дымохода будет нагреваться и теплопередачей, и инфракрасным излучением.[/info-box] Эту работу удобно выполнять с помощником. Затем песок из трубы вымывают водой под давлением. Присоединяют трубы, ведущие к радиаторам и расширительному баку.

Теплообменник Кузнецова выполняют при помощи сварки. Самый простой вариант – изготовить корпус из газового баллона или трубы большого диаметра.

Для изготовления понадобятся следующие материалы:

1. Газовый баллон, труба большого диаметра (300 мм) для корпуса.
2. Труба диаметром 32 мм (одну заготовку лучше взять большего диаметра – до 57 мм). Длина заготовок – 300-400 мм, общее количество должно быть достаточно для вырезания заготовок.
3. Два небольших патрубка одного диаметра с диаметром дымохода; желательно использовать трубу дымохода – если дымоход сборный, то с одной стороны конструкции патрубок будет с раструбом, который необходим для монтажа теплообменника.
4. Два фрагмента стального листа, достаточных, чтобы вырезать заглушки торцов корпуса.

Технология изготовления воздушного теплообменника:

1. Большая труба или баллон обрезается в нужный размер.
2. Нарезаются 9 заготовок такой же длины из тонких труб.
3. Вырезаются круги для заглушек.
4. В кругах вырезаются 9 отверстий для труб маленького диаметра; если берется одна трубка большего диаметра, то отверстие для нее вырезается в центре.
5. Тонкие трубы вставляются в отверстия заглушек, наживляются при помощи сварки, затем привариваются.

В корпусе по бокам вырезаются отверстия с диаметром, равным диаметру дымохода.

Конструкция из тонких трубок и заглушек вставляется в корпус и проваривается по стыку заглушек и корпуса из большой трубы.

В отверстия по бокам корпуса вставляются патрубки и также провариваются.

Какие материалы можно использовать

Идеальный вариант – [info-box type=»bold»]нержавеющая сталь[/info-box] (например, пищевая аустенитная нержавейка 08Х18Н10 или AISI 304) или медь. Изделия промышленного производства иногда изготавливают из титана. Но цена на эти материалы достаточно велика. Зато они долговечны, не ржавеют, надежны и прочны. Если у вас буржуйка в гараже или самодельная каменка из подручных материалов в бане, вполне возможно применить и черный металл (углеродистую сталь).

Можно применить качественную гофрированную трубу из нержавейки. [info-box type=»bold»]Оцинкованная гофра – нежелательный и недолговечный вариант.[/info-box] Для змеевика можно применять и алюминиевые трубы (только не для дымоходов твердотопливных печей).

Иногда применяют и оцинкованную сталь, но следует иметь в виду, что при сварочных работах слой цинка испаряется, и все преимущества оцинковки (стойкость к коррозии) сходят на нет. При температуре выше 400 °С цинк начинает испаряться (пары цинка токсичны), поэтому не стоит применять оцинковку для теплообменников на дымоходах твердотопливных котлов.

Пошаговая инструкция, как установить теплообменник своими руками

Теплообменник Кузнецова устанавливают вместо одной из секций дымохода – для этого часть дымохода придется демонтировать. Если установлен дымоход из одной длинной трубы, придется вырезать часть дымохода и монтировать конструкцию с помощью сварки.

Способы установки

Теплообменник устанавливают на некотором расстоянии от отопительного агрегата – 200-500 мм, можно и больше.

Если дымоход сборный, то необходимо разобрать часть дымохода. Патрубки теплообменника обрезаются таким образом, чтобы длина конструкции теплообменника была равна демонтированной секции дымохода. Теплообменник монтируется в дымоход, уплотняется при помощи термостойкого герметика. Сверху теплообменник окрашивается термостойкой краской.

Заключение

Я прощаюсь со своим любимым читателем и желаю ему удачи в домашних заботах. Не бойтесь и беритесь за изготовление и установку теплообменника на дымовую трубу своими руками – вы сэкономите немалую сумму и получите чувство удовлетворение от выполненной самостоятельно работы. Делитесь полученной от меня полезной информацией в соцсетях, подписывайтесь сами и подписывайте своих друзей на рассылку с сайта.