Печной котел или теплообменник для печи своими руками

Печи: виды, конструкция, кладка

Чтобы использовать печь для водяного отопления дома в ее конструкцию включают печной котел или теплообменник, при помощи которого тепловая энергия сгорания твердого топлива передается теплоносителю системы. Они бывают самых различных конструкций. В данной статье мы рассмотрим некоторые из них, а также то, как можно изготовить печной котел или теплообменник для печи своими руками.

Содержание:

=>Эффективность печных котлов;

=>Конструкции для отопительных печей;

=>Для отопительно-варочных печей;

=>Место установки;

=>Как рассчитать мощность и размеры;

=>Регистр из чугунного радиатора;

=>Видео.

Эффективность теплообменника для печи

Чтобы определиться, какой теплообменник для печи выбрать и какая конструкция эффективнее, следует, первоначально, выяснить что же на его эффективность влияет. Можно выделить такие основные факторы, влияющие на его теплопередающую способность:

  • площадь его поверхности, чем она больше, тем большее количество энергии передается;
  • теплопроводность материала, из которого он выполнен;
  • разница температур – чем она больше, тем больше передается энергии.

На основании этого можно сделать такие выводы:

  1. Конструкция теплообменника или печного котла для печи должна быть такой, чтобы площадь его соприкосновения со средой с высокой температурой (горячими газами или пламенем) была максимальной. Исходя из этого, можно заключить, что конструкции котлов тех же размеров, произведенные из труб будут более эффективными, чем такие же – из листового металла. Хотя здесь имеет значение и частота расположения труб и их диаметр. Чтобы не гадать, нужно просто подсчитать суммарную площадь поверхности теплообменника, которая будет контактировать с горячей средой – чем она получится больше, тем лучше. Сделать это сможет даже школьник.
  2. Для изготовления теплообменников нужно применять материалы обладающих хорошей теплопередающей способностью. Однако кроме этого, они должны выдерживать температуру и агрессивность той среды, из которой он будет забирать тепло (дымоход или топливник). Из доступных материалов, это может быть чугун или сталь. Хотя, зачастую, используется именно сталь: листовая или в виде труб. Это объясняется, как наличие широкого ассортимента ее профилей и толщины, так и относительной простотой работы с ней: ее несложно сваривать или изгибать для получения конструкции необходимой формы. С другой стороны, чугун более устойчив к агрессивной среде, но это хрупкий материал, не терпит ударов и резких изменений температуры, поэтому для изготовления теплообменника могут применяться только готовые отлитые секции. Одним из примеров такого теплообменника может быть его конструкция, выполненная из секций обычного чугунного радиатора, рассмотренная ниже.
  3. Для обеспечения надежной естественной циркуляции теплоносителя имеет значение разница температуры теплоносителя на его выходе и входе, чем она больше, тем лучше будет циркуляция. Поэтому входной патрубок, подающий «холодную» воду (обратка) и выходной, с нагретой водой, должны располагаться на различных уровнях: первый у основания, а второй – в верхней части камеры, где осуществляется теплообмен (топливник, колпак печи, дымоход). При применении циркуляционного насоса и принудительной циркуляции это может быть не так важно, но и в этом случае для печных котлов нужно обеспечивать максимальную естественную циркуляцию. Так как в отопительных устройствах применяющих твердое топливо, к которым относятся и печи, практически никогда принудительная циркуляция не применяется в чистом виде, а только совместно с естественной, с возможностью переключения с одного режима на другой в случае отсутствия электроэнергии (используя байпас). Да и при наличии условий для нормальной циркуляции циркуляционному насосу легче создавать принудительную.

Теперь рассмотрим несколько конструкций печных котлов или теплообменников для печи с водяным контуром, из различных материалов, разной сложности, но которые вполне можно изготовить своими собственными руками, если иметь некоторые навыки работы с металлом и умение проводить сварочные работы. В крайнем случае, можно выбрать компромиссный вариант: подобрать наиболее подходящую конструкцию, подготовить материалы: листовой металл или трубы подходящих размеров и толщины, а сварочные работы поручить опытному сварщику.

Конструкции теплообменников для отопительных печей

Особенностью теплообменника для отопительной печи, располагаемого в топливнике, является то, что в его верхняя часть, как правило, закрыта полкой из листового металла или трубами. Так как максимальная температура пламени в его верхней части, таким образом, достигается максимально эффективный забор тепла и передача его теплоносителю. Его конструкция и размеры должны быть такими, чтобы обеспечивать максимальную эффективность водяного контура, однако при этом не препятствовать загрузке и нормальному горению топлива.
Данные печные котлы могут быть выполнены из листового металла толщиной около 4-5 мм, круглых труб диаметром 32-57 мм, или труб прямоугольного сечения 30-40х50-60 мм. Лучше всего, если применяемые для этого трубы будут бесшовными. В противном же случае, линии швов следует расположить в сторону кирпичной кладки и предварительно проварить сваркой.

В зависимости от формы перекрытия топливника такие теплообменники могут вверху быть ровными (при перекрытии плоскими чугунными плитами) или дугообразными (при арочном кирпичном перекрытии).

Ниже представлены возможные варианты для отопительной печи с плоским перекрытием топливника :

 

Рис.1 Теполообменник для отопительной печи из листовой стали толщиной 4-5 мм.

Кроме этого, возможны вариант с комбинированием листового железа и труб, как на фото слева. Здесь верхняя сплошная полка заменена рядом из круглых труб. При этом, как в первом варианте, так и во втором «обратка» и подающая труба могут привариваться сбоку (с одной стороны или с разных) или сзади, в зависимости от расположения печи и схемы разводки труб водяного отопления.

Возможен и такой вариант, когда и боковые стенки подобного теплообменника также будут заменены трубами, прямоугольного или круглого профиля, при этом они могут быть расположены и горизонтально и вертикально.

 

Для отопительной печи с арочным перекрытием топливника возможен такой вариант котла из труб:

 

Такой формы регистр можно применять даже для устройства водяного контура в русской печи. В этом случае кривизна изгиба труб должна соответствовать своду ее варочной камеры.

Конструкции котлов для отопительно-варочных печей

Теплообменники для отопительно-варочных печей или кухонных плит отличает то, что их верхняя поверхность должна быть частично или полностью открытой, для доступа пламени к варочной плите. Боковые же поверхности подобных печных котлов могут быть также выполнены из листовой стали («книжка») или труб.

В случае расположения теплообменника вне топливника, его конструкция для отопительных и отопительно-варочных труб может быть одинаковой. Здесь уже большее значение имеет вид, конструкция и размер места, где теплообменные регистры будут устанавливаться, то есть, дымовых каналов или при их отсутствии (колпаковые печи), размеры колпака.

Для отопительно-варочных печей или кухонных плит возможны такие конструкции из листового железа и труб (фото или рис. 2 ниже).

 

 

Возможен также вариант только из труб прямоугольного и круглого профиля (рис.3).

 

Рис. 3 Вариант регистра из труб: 1 — трубы прямоугольного профиля 40х60х4 мм;  2 — круглые бесшовные трубы наружным диаметром 40 или 50 мм и толщиной стенки 4-5 мм; 3 — круглые трубы диаметром 32 или 40 мм; 4 — труба, подающая нагретую воду в систему водяного отопления диаметром 50 мм; 5 — «обратка» диаметром 50 мм; а, б, в, г — размеры, которые расчитываются в зависимости от требуемой мощности котла (см. ниже), а также принимаются в соответствии с размерами топливника и топочной дверки.

Также возможен другой вариант из труб круглого сечения для кухонной плиты или отопительно-варочной печи, как на фото слева, в виде двух горизонтальных контуров, соединяемых вертикальными трубками.

Возможен также еще и такой вариант теплообменника (регистра, котла) из круглых труб для отопительно-варочной печи или плиты:

Место установки: возможные варианты

Как правило, печные котлы устанавливаются в топливнике отопительных, отопительно-варочных печей или кухонных плит. Если в случае с кухонной плитой другого варианта, практически нет, то для печей возможно и другое его расположение и, по мнению отдельных специалистов, более эффективное – вне топливника. Потому что при классическом расположении теплообменника в топливнике, циркулирующая в нем вода снижает в нем температуру и, таким образом, ухудшает условия сгорания топлива, что приводит к его неполному сгоранию, увеличению количества сажи и понижению КПД печи.

А максимальный эффект получается, когда вода в контуре теплообменника двигается навстречу тепловому потоку, то есть более холодная ее часть должна контактировать с печными газами, имеющими более низкую температуру, а более нагретая ее часть – с более горячими. Кроме этого, в этом случае снижается количество конденсата на поверхности теплообменника, что снижает его коррозию. При размещении печного котла в топливнике обеспечить подобные условия сложно.

Решением может быть расположение теплообменника в колпаковом дымоходе печи или ее вертикальных дымооборотах (в зависимости от конструкции). Особенно привлекательно выглядит, с этой точки зрения, колпаковый дымоход. Горячие газы задерживаются в нем вплоть до остывания печи. Внутри него можно просто разместить теплообменник большого объема и площади соприкосновения с горячими газами, сваренный из труб, причем возможны различные его конструкции. Горячие газы в колпаке сначала поднимаются вверх, а потом опускаются вниз к выходу в дымовую трубу, по пути отдавая свою тепловую энергию печному котлу. Таким же образом можно продумать размещение регистра в вертикальных дымооборотах с движением дымовых газов вниз. Однако при этом следует учесть, что их сечение должно быть достаточным, чтобы обеспечивать хорошую тягу.

Хотя в каждом конкретном случае, выбор варианта расположения нужно рассматривать в зависимости от типа печи, ее конструкции и формы, а также вида и конструкции самого применяемого теплообменника.

Как рассчитать мощность и размеры теплообменника для печи

Мощность теплообменника водяного контура печи, которая нужна для отопления помещений дома зависит от их площади (объема) и степени утепления ограждающих конструкций: самих стен, перекрытий, дверей и окон. Как средний показатель можно ориентироваться на 1-1,2 кВт на каждые 10 м2 при высоте потолка 2,5-2,7 м. То есть для дома площадью 100 м2 в среднем может потребоваться печной котел тепловой мощностью 10-12 кВт.
Мощность самого теплообменника зависит от площади поверхности соприкосновения с горячей средой (горячими газами или огнем). В среднем, считается, что его удельная тепловая мощность составляет от 5 до 10 кВт с 1 м2 площади соприкосновения такого котла, в зависимости от температуры омывающих его горячих газов и температуры воды на его входе и выходе, которые во многом зависят от типа топлива и режима топки. Чтобы узнать полную мощность, следует полезную площадь теплообменника умножить на удельную мощность:

Qобщ=SQу

Рассчитать удельную мощность можно по формуле:

Qу=k(Tm-tm), ккал/час, где:

K=12 ккал/час на 1оС – коэффициент теплопередачи от нагревающей среды к теплоносителю через стальную поверхность;

Тm— средняя температура нагревающей среды (макс.+мин./2),оС;

tm-средняя температура теплоносителя в регистре (входящая+выходящая/2),оС.

Если печь будет работать постоянно, например, на угле, тогда:

Tm=1000+600/2=800оС.

tm=80+60/2=70оС.

Qу=12(800-70)=8760 ккал/час или 10,2 кВт.

Если печь дровяная и будет работать периодически (около 2 часов), то и температура горячей среды будет ниже (максимум: 700 и 300 соответственно) и при той же температуре теплоносителя получим:

Qу=12(500-70)=5160 ккал/час или 6 кВт – максимум, что можно получить с  1 м2 его поверхности.

Площадь регистра вычисляется в зависимости от его типа. Если он выполнен из листового металла, тогда подсчитывается общая площадь, которая соприкасается с горячей средой. В случае применения теплообменника из круглых труб, их диаметр (в м) умножается на 3,14 и общую длину труб, соприкасающихся с горячими газами. Если трубы прямоугольные, берется периметр их сечения и также умножается на их длину. Если котел комбинированный, состоит из различных труб и листового металла, тогда по отдельности вычисляется их площадь, а потом суммируется.
Если известна общая требуемая мощность теплообменника, вид топлива и режим топки (а значит и удельная мощность), то легко можно определить требуемую полезную площадь будущего котла и его размеры, в зависимости из каких материалов он будет изготавливаться (труб или листовой стали):

S=Qобщ/Qу, м2.

Теплообменник для печи из чугунного радиатора

Теплообменник для котла или печи можно также изготовить самостоятельно из секций чугунных радиаторов, даже б/У. Если будут для этого применяться секции старого радиатора, тогда перед сборкой их следует изнутри промыть слабым раствором соляной кислоты (6-7%), а затем чистой теплой водой, чтобы очистить их внутреннюю поверхность от всех отложений. Кроме того, нужно при помощи специального ключа разобрать радиатор на секции (даже новый) и заменить резиновые или картонные прокладки между ними асбестовыми нитями, пропитанными графитовой смазкой. После этого, рассчитав подходящее количество секций для теплообменника (площадь каждой около 0,25 м2) они соединяются в одну конструкцию.

Подобный регистр может состоять из одного или двух рядов секций. Подсоединение труб системы отопления к такой конструкции осуществляется при помощи резьбовых соединение и соответствующих переходников, сгонов и уголков, также, как и при монтаже чугунных радиаторов, но для уплотнения резьбовых соединений, которые будут находиться под воздействием высокой температуры, необходимо также применять асбестовые нити, а не паклю, как обычно.

После производства такого теплообменника, еще до установки в печь, следует проверить его герметичность, а для этого нужно залить в него воду и убедиться в отсутствии протечек. Данный теплообменник будет иметь довольно большие габариты, поэтому эго лучше устанавливать не в топливнике, а в дымоходе или печном колпаке. Тем более, что чугун не терпит резких температурных скачков и при воздействии на него с одной стороны пламени, а с другой – холодной воды, он может дать трещину.

Видео по теме:

С этим материалом часто читают:

Твердотопливная печь с водяным отоплением

Оставить отзыв

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *