Теплообменники для отопления своими руками

Как произвести расчет

Расчет для теплообменника гвс производится путем довольно сложных вычислений, требующих специальной подготовки. Детальный расчет требует составления теплового баланса, учета устройств теплопередачи, расчета средней разности температур и т.д. Все эти операции требуют познаний в области теплотехники, которыми обладает далеко не каждый, а вероятность ошибки очень высока даже у специалиста.

Выход из положения можно найти в сети интернет – онлайн-калькуляторы, в достаточном количестве имеющиеся на сайтах производителей теплового оборудования, позволяют получить нужные данные просто и достаточно надежно. Для проверки расчет следует продублировать несколько раз, сопоставить полученные результаты для выбора наиболее верного.

Монтаж теплообменника

Когда все компоненты готовы, можно приступать к монтажу теплообменника. В случае с внешним агрегатом работа выполняется следующим образом:

• на входе и выходе сваренной конструкции нарежьте резьбу;
• с помощью муфты соедините вход теплообменника с системой отопления
• используя аналогичную муфту, соедините выход теплообменника с трубой горячего водоснабжения.

Внутренний теплообменник монтируется по такой схеме:

• вблизи батарей отопления установите бак с трубкой-термонагревателем;
• рядом с трубкой внутри бака установите анод;
• через нижний выход проведите в бак трубу отопительной системы, а через верхний – трубу, которая будет забирать холодную воду.

По желанию можете подключить к нагревательной трубке регулятор мощности, а к нему – термостат для управления температурой нагрева воды.

Как видим, даже столь сложный агрегат системы отопления, как теплообменник для горячей воды, вполне реально соорудить и установить своими руками. Главное – детально продумать каждый шаг: от выбора материала до финального подключения. Так что не пренебрегайте предложенной вам инструкцией – она поможет избежать ошибок в обеспечении собственного дома бесперебойной горячей водой.

Виды ТО

Схема и принцип работы рекуперативного теплообменника

По принципу работы оборудование делится на рекуперативное и регенеративное. В первых движущиеся теплоносители разделены стенкой. Это самый распространенный вид, он может быть различных форм и конструкций. Во втором случае с одной и той же поверхностью по очереди контактируют горячий и холодный теплоносители. Высокая температура нагревает стенку оборудования во время контакта с горячей средой, далее температура передается холодной жидкости при контакте с ней.

По назначению ТО делятся на два вида: охладительные – работают с холодной жидкостью или газом, остужая при этом горячий теплоноситель; и нагревательные – взаимодействуют с разогретой средой, отдавая энергию потокам холодной.

По конструкции теплообменники бывают нескольких видов.

Разборные

Состоят из рамы, двух концевых камер, отдельных пластин, разделенных термостойкими прокладками и крепежных болтов. Такое оборудование отличается простотой очистки и возможностью увеличения эффективности путем добавления пластин. Но разборные ТО чувствительны к качеству воды. Для продления срока их службы требуется установка дополнительных фильтров, что увеличивает стоимость проекта.

Пластинчатые

Пластинчатый теплообменник нуждается в установке дополнительных фильтров на теплоноситель

Отличаются методом соединения внутренних пластин:

• В паяных ТО гофрированные пластины из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм сделаны путем холодной штамповки. Между ними устанавливается прокладка из специальной термостойкой резины.
• В сварных пластины свариваются и образуют кассеты, которые затем компонуются внутри стальных плит.
• В полусварных ТО кассеты скрепляются посредством паронитовых соединений в конструкции из небольшого количества сварных модулей. Эти модули уплотняются резиновыми прокладками и соединяются лазерной сваркой. После чего собираются между двумя плитами при помощи болтов.

Пластинчатые теплообменники используются в условиях повышенного давления и экстремальных температурах. Такие устройства требуют минимального технического обслуживания, экономичны и отличаются высокой эффективностью. Кроме того, по необходимости можно увеличить или уменьшить эффективность оборудования путем увеличения или уменьшения количества стальных пластин.

Единственным недостатком теплообменника из гофрированной нержавейки служит чувствительность к качеству теплоносителя, необходима установки дополнительных фильтров.

Кожухотрубные

Состоят из цилиндрического корпуса, куда помещены пучки трубок, собранных в решетки. Концы труб крепятся развальцовкой, сваркой или пайкой. Достоинством такого оборудования служит нетребовательность к качеству теплоносителя и возможность использования в технических процессах, где присутствуют агрессивные среды и высокое давление (в нефтяной, газовой, химической промышленности). Недостатки кожухотрубных ТО – относительно низкая теплоотдача, большие габариты, высокая стоимость и сложность в ремонте.

Спиральные

Состоят из двух листов металла, свернутых в спирали. Внутренние края соединены перегородкой и закреплены штифтами. Такие теплообменники компактны и обладают эффектом самоочистки. Они способны работать с жидкими неоднородными средами, любого качества. При повышении скорости движения жидкости, увеличивается интенсивность теплообмена. Недостатки: сложность в изготовлении и ремонте, ограничение давления рабочей жидкости до 10 кгс/см².

Спиральный
Кожухотрубный

Двухтрубные и труба в трубе

Схема теплообменника “труба в трубе”

Первые состоят из труб разного диаметра. В качестве теплоносителя используется жидкость и газ. Устройства используются в местах с повышенным давлением, имеют высокий уровень теплоотдачи. Отличаются простотой монтажа и обслуживания. Единственный недостаток – высокая стоимость.

Теплообменник «труба в трубе» состоит из двух труб разного диаметра, соединенных между собой. Они используются при небольшом расходе теплоносителя и чтобы оборудовать дымоход.

Теплообменник своими руками

Теплообменником можно назвать устройство, не имеющее собственного источника нагрева, но позволяющее извлекать тепло из внешних обогревателей. При необходимости можно сделать теплообменник самостоятельно. Однако сначала следует определиться, какой именно вид конструкции вам необходим.

Как сделать теплообменник своими руками?

Наиболее простым в изготовлении является змеевик. Для его устройства лучше всего подойдет медная трубка. Она легко гнется и обладает высокой теплоотдачей. Возьмите необходимый отрезок трубки и аккуратно согните ее в спираль, поместите ее в бак или бочку. Затем выведите концы наружу и закрепите. К окончаниям трубки при помощи обжимных соединений присоедините резьбовой фитинг. В результате у вас получится теплообменник – змеевик. В качестве альтернативы медной трубки можно использовать и другие легкогнущиеся трубки. Это может быть металлопласт или алюминий.

Другой разновидностью теплообменника является так называемая водяная рубашка. Наибольшее распространение такой вид теплообменников имеет в небольших котлах систем отопления и представляет собой герметичную емкость, установленную внутри котла и позволяющую нагревать воду от циркулирующей жидкости в системе отопления дома. Недостатком такого вида теплообменника является невысокая пропускная способность и зависимость от температуры в системе.

Более сложным для самостоятельного изготовления, но и более эффективным теплообменником является конструкция под названием трубная доска. Для самостоятельного изготовления потребуется несколько вальцовочных соединений. Состоит такой тип теплообменника из трех и более герметичных емкостей, соединенных трубами. Находящиеся по разным концам емкости соединены развальцованными на концах трубами. Циркуляция жидкости межу ними дает необходимый теплообмен в средней части конструкции.

Если желание сделать теплообменник самостоятельно, не делая больших затрат, в качестве основного материала можно использовать автомобильные радиаторы, радиаторы отопления или газовые колонки.

Особое внимание на устройство теплообменника стоит обратить владельцам дач или небольших коттеджей, находящихся за городом и не имеющих возможности пользования природным газом. Устройство небольшой каменной печи снабженной теплообменником, позволит наслаждаться теплом и уютом во всех помещениях

Для этого потребуется вмонтировать в печь две емкости, соединенные между собой несколькими трубами. Одна емкость должна быть прямоугольной и располагаться в низу, а другая цилиндрической, наверху. Для необходимой циркуляции трубы системы отопления требуется закольцевать в закрытый контур, чтобы выход горячей воды был из верхней цилиндрической емкости, а вход остывшей в нижний прямоугольный. Подчиняясь неизбежным законам физики, горячая вода будет подниматься вверх, обеспечивая необходимую циркуляцию жидкости по всем помещениям. При такой конструкции необходимо в верхней точке контура установить расширительный бачек, с помощью которого будет поддерживаться уровень жидкости в системе, и устраняться воздушные пробки. Стоит заметить, что принцип теплообмена может служить не только для нагрева, но и для охлаждения жидкости.

Пошаговая инструкция, как сделать своими руками

Устройство для обмена теплом от теплосети к воде можно сконструировать своими руками.

Инструменты и материалы

Чтобы сконструировать пластинчатый теплообменник собственноручно, потребуются:

• аппарат для сварки;
• болгарка;
• листы из нержавеющей стали — два из рифлёной, один из плоской. Толщина 4 мм;
• электроды.

Процесс изготовления

Весь процесс изготовления устройство делится на несколько этапов:

1. Необходимо нарезать пластины из рифлёной стали. Потребуется 31 пластина размером 300 на 300 мм.
2. Из плоского листа вырезается лента длиной 18 метров и шириной 10 мм. Ленту необходимо нарезать на части длиной по 300 мм каждый.
3. Квадраты из рифлёного материала свариваются друг с другом десятимиллиметровой полосой с разных сторон, соседние секции должны быть перпендикулярны. Получится 15 секций, обращённых в одну сторону и 15 в другую в виде куба.
4. К частям, где будет течь вода, необходимо приварить коллектор из плоской нержавеющей стали.
5. В каждом коллекторе сверлится отверстие, к нему приваривается соединительная часть трубы.
6. Конструкция монтируется открытой стороной к газовой системе.

Монтаж трубопроводов

Мы уже упоминали, что для трубопроводов лучше использовать трубы диаметром 3/4″, такой диаметр наиболее часто используется во всех отопительных системах и подходит по всем показателям для теплообменника бани.

Труба диаметром 3/4″

Трубы могут быть металлическими или пластиковыми. Можно пользоваться и гибкими гофрированными шлангами, но нужно иметь в виду, что у них значительно меньше диаметр условного прохода, а это негативно сказывается на скорости водяного потока.

Дадим несколько советов по монтажу трубопроводов.

1. Старайтесь максимально сокращать длину трубопроводов, не делайте много поворотов и изгибов трубы. Ваша задача – создать наиболее благоприятные условия для циркуляции воды.

2. При использовании пластиковых труб не допускайте их перегрева в местах соединения с теплообменниками. Наличие внутри воды не допустит их полного прорыва из-за потери прочности, вызванного нагревом, но деформации возможны.

3. Не забывайте в самом низком месте поставить сливной кран. Если баня длительное время не используется, то в зимний период нужно спускать всю воду из системы.

4. Во время соединения трубопроводов предусматривайте возможность их демонтажа для выполнения ремонтных или регламентных технических работ.
5. Старайтесь, чтобы длина горизонтальных участков трубопровода была минимальной. Все такие участки монтируйте под углом не менее 10°. Такие мероприятия положительно сказываются на скорости потока воды.

Теплообменник из алюминия своими руками. Пошаговая инструкция, как сделать самостоятельно

Изготовить теплообменник можно самостоятельно своими руками, затраты на производство будут минимальными, при этом сам агрегат по своим эксплуатационным характеристикам ничем не будет уступать заводских аналогам.

Для сборки теплообменника понадобится:

• алюминиевые и стальные трубки;
• сварочный аппарат;
• дрель по металлу.

На схеме вы можете посмотреть наиболее популярную конструкцию для теплообменника, которую легко изготовить дома.

Мнение эксперта

Книпович Николай Михайлович

Зоолог, гидробиолог. Увлекаюсь рыбалкой на профессиональном уровне.

Важно! Все указанные размеры носят рекомендованный характер, вы можете менять их в зависимости от ожидаемых характеристик устройства. Процесс сборки по чертежу включает в себя следующие этапы:. Процесс сборки по чертежу включает в себя следующие этапы:

Процесс сборки по чертежу включает в себя следующие этапы:

Монтаж теплообменных труб между двумя листами алюминия либо нержавеющей стали. Располагать трубки желательно в шахматном порядке, достаточно будет сделать пять трубок в верхнем и нижнем углу, а также 4 трубки в среднем ряду. Приварку проще всего осуществлять с помощью сварочного аппарата.
Из четырех отрезов металла собирается корпус теплообменника. Учитывайте, что в верхней части должно иметься специальное отверстие для присоединения трубы для отвода продуктов горения, в нижней части корпуса привариваются ножки для устойчивости.
Для лучшего обмена теплого воздуха внутри палатки желательно оборудовать теплообменник вентилятором

Использовать можно любой кулер от компьютера, обратите внимание на то, что для питания вентилятора нужно будет дополнительно приобрести аккумулятор подходящей емкости.
Проверка работоспособности оборудования. Если при первом запуске чувствует неприятный металлический запах, не стоит паниковать металл должен прогореть. Через 2-3 запуска запах пропадет.

Через 2-3 запуска запах пропадет.

Самодельное устройство можно использовать с газовыми горелками либо оборудовать его по типу печи с дополнительной камерой для загрузки сухого топлива.

Пластинчатые теплообменники области применения

Пластинчатые теплообменники применяются в системе отопления дома, горячего водоснабжения, в системах кондиционирования в больших коттеджах, школах, садах, бассейнах, в целых микрорайонах, а также в системе отопления домов сельской местности. Широкое применение пластинчатые теплообменники нашли в пищевой промышленности.

Теплообменники для отопления имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с остальными устройствами, используемыми для создания подходящего микроклимата.

Подобные отопительные приборы обладают рядом преимуществ над другими видами.

Положительные качества

Среди основных положительных качеств устройства, обеспечивающего отопление, можно отметить следующие:

• высокий уровень компактности;
• пластинчатые теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи;
• коэффициент тепловых потерь максимально низкий;
• потери давления находятся на минимальном уровне;
• выполнение монтажно-наладочных, ремонтных и изоляционных работ требует низких финансовых затрат;
• при возможном засорении это устройство может быть разобрано, очищено и собрано обратно всего двумя рабочими уже через 4-6 часов;
• имеется возможность добавить мощность пластинам.

https://youtube.com/watch?v=pOTVV58Rj3U

Кроме того, благодаря своей простоте подключение теплообменника к системе отопления может быть осуществлено просто на полу в тепловом пункте или на обычной несущей конструкции блочного теплового пункта. Отдельно стоит отметить низкий уровень загрязняемости поверхности теплообменника, что вызвано высокой турбулентностью потока жидкости, а также благодаря качественной полировке используемых теплообменных пластин. На сегодняшний срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей составляет не менее 10 лет. Срок же службы пластин составляет 20-25 лет. Стоимость замены уплотнительной прокладки может составлять 15-25% от общей стоимости всего агрегата.

Очень важно, что после проведения детального расчета конструкцию современного пластинчатого теплообменника можно изменить под необходимые и указанные в техническом задании характеристики (вариативность конструкции и изменяемость задачи). Абсолютно все пластинчатые теплообменники устойчивы к высокому уровню вибрации. У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю

У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю.

Изготовление теплообменника своими руками

Не всегда есть возможность купить готовый проект печи с теплообменником. Так же не все могут сами работать сваркой. Но соорудить теплообменник в печь для отопления своими руками, не такая тяжелая задача. Применив алюминий или медь можно избежать сварочных работ. При хорошей подготовке, правильном расчёте это возможно и не обременительно. Вдобавок экономит семейный бюджет.

Расходные материалы

Выбрав место и размер, стоит обдумать из чего проще соорудить теплообменник. Можно использовать как перечисленные выше материалы, так и чугунные радиаторы отопления, автомобильные радиаторы и тому подобное. Главное правильно учитывать тепло проводимость. Точно продумать какой инструмент понадобится и подготовить его заранее. Все эти мелочи облегчат установку.

Алгоритм сборки

Начинать надо с проекта — продумывая мелочи и подбирая варианты. Исходить стоит из размера — если печь слабая, то несоразмерно большой теплообменник только навредит. Если вы используете в качестве трубы для змеевика медь, то длина не должна превышать трёх метров.

Самый простой вариант изготовления — змеевик.  Для него потребуется медная труба, длинной от 2 м до 3 м.

От длины трубы и количества витков зависит скорость нагрева. Но стоит помнить — надо учитывать размер печи, топки и не злоупотреблять увеличением змеевика. Перекосы в размерах понижают срок службы печи.

Для закручивания трубы в спираль нужен шаблон. Это любая подсобная деталь цилиндрической формы. Диаметр шаблона должен вписываться в топочный размер. 

Подготовив материалы приступаем:

• Изгибая трубу, наматываем её на заготовленную болванку для получения спирали;
• Соблюдаем размеры, в которые надо змеевик поместить;

Средний показатель расчётной мощности теплообменника, равен 1кВт на 10 метров площади.

Если вас не устраивает такой тип теплообменника, можно изготовить другой тип, например сварив стальные трубы. Выглядит это примерно так:

Примеры чертежей, по которым проводить работы:

Как установить?

Установить теплообменник в печь удобно во время кладки новой печи. Это позволит капитально смонтировать его, соблюдая все зазоры и размеры. При такой установке легче соблюсти правильный размер. Смонтировав теплообменник на фундамент печи, обложить его кирпичом легче, чем разбирая готовую печь, пытаться приспособить его на место. Но это тоже возможно.

Есть также важные моменты и требования, которые стоит соблюдать для увеличения сроков эксплуатации:

• не стоит фиксировать трубы конструкций металлическими крепежами;
• не стоит заливать ледяную воду, для избежания появления конденсата;
• соблюдать пропорции между печью и теплообменником, избегая большой разницы;
• использовать уплотнительные материалы с высокой жаропрочностью;
• соблюдать полностью все меры противопожарной безопасности;

Нехитрые правила помогут избежать опасных ситуаций, помогут продлить срок службы печи. Не забывайте так же о пожарной безопасности.

Примеры установки на фото:

Типы рекуперативных теплообменников

Большим спросом на сегодня пользуются рекуперативные теплообменные устройства. Соглас
но конструкционному исполнению выделяют следующие виды представленных агрегатов:

Кожухотрубный

Это устройство, представляющее собой пучки труб, приваренные к кожуху и прикрепленные к трубным решеткам при помощи болтов.
Движение первого носителя тепла в межтрубном пространстве осуществляется через присутствующие на корпусе штуцера. Другой теплоноситель течет по трубам. На корпусе или крышке представленных устройств присутствуют перегородки.В целях повышения отдачи тепла трубы подвергают процессу оребрения методом накатки или навивки ленты.

Погруженный

Его конструкция предполагает погружение одного теплоносителя в емкость с другим. Такие устройства характеризуются дешевизной и простотой.

Движение воды в межтрубном пространстве происходит с малой скоростью, результатом чего становится малая теплоотдача.

Теплообменные устройства типа «труба в трубе»

Состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Каждое звено представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.
Их целесообразно эксплуатировать при высоких показателях давления и небольших расходах воды в системе.

Оросительный

Состоит из нескольких рядов труб, расположенных одна над другой, по наружной поверхности которых тонкой пленкой стекает охлаждающая их вода

Его активно применяют в холодильных установках, так как они выступают в роли конденсаторов.

Графитовый

Конструкция теплообменного устройства предполагает наличие блоков из графита, уплотненных между собой при помощи прокладок из резины и зафиксированных крышками.
Графит считается прекрасным проводником тепловой энергии. Для устранения пористости происходит его обработка специальными составами.

Используется для химически агрессивных жидкостей.

Пластинчатый

Это устройство изготовлено из пластин, поверхность которых отштампована специальным методом. Результатом такой работы становится образование каналов, по которым движется теплоноситель. Между собой пластины уплотнены.Процесс изготовления такого устройства отличается своей простотой, его легко чистить, он обладает высокой теплоотдачей. Минус – не выдерживает высокое давление.

Пластинчато-ребристый

Состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности — насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме.

Предназначены для теплообмена между неагрессивными жидкими и газообразными средами в интервале температур от плюс 200 °C до минус 270 °C.

Обладает малым весом и размерами, высокой прочностью и жесткостью.

Оребренно-пластинчатый

Его конструкция предполагает наличие оребренных панелей маленькой толщины, производство которых происходит при помощи высокочастотной сварки.
Благодаря такой конструкции и применяемым материалам удается достичь высокого температурного режима теплоносителя, малого гидравлического давления, высокого КПД, продолжительного срока эксплуатации, низкой стоимости.

Целесообразно его использовать при утилизации тепла газов.

Спиральный

Оснащен двумя каналами, которые навиты в форме спирали около основной разделительной перегородки. Их цель – нагрев и охлаждения жидкостей, обладающих высоким показателем вязкости.

Блиц-советы

1. Чтобы избежать образования накипи в системе отопления, необходимо использовать только дистиллированную воду. Большое количество дистиллированной воды для этой цели можно изготовить в домашних условиях пропуская через теплообменник “труба в трубе” водяной пар.
2. Используя самодельное устройство для теплообмена между газами, образованными в результате сгорания топлива и жидкостью, необходимо все монтажные работы производить с наивысшей тщательностью, чтобы в результате недостаточной герметизации дымохода не поступал угарный газ в помещение.
3. При использовании котлов или печек, в которых используется естественная тяга воздуха в дымоходе, площадь сечения дымохода внутри теплообменника не должна быть меньше площади патрубка котла или печки.

Что такое теплообменник для отопления частного дома?

Теплообменник — это устройство, которое передает тепло от генератора к теплоносителю. В частных домах обычно используются поверхностные приборы. Благодаря таким теплообменникам тепло передается непосредственно через стенки агрегата.

Установка в котле

Устройство дает максимальный КПД в газовых, электрических и других котлах, работающих на твердом топливе. Внутри отопительного прибора устанавливают трубы в форме змеевика. Когда в котле начинает гореть топливо, прибор нагревается. Благодаря этому теплоноситель циркулирует по всей системе, передавая тепло внутрь помещения, и приходит обратно в змеевик.

Фото 1. Стальной проточный теплообменник для котла модели Vitopend 100, производитель — «Viessmann».

Если в доме в качестве основного прибора отопления используется не котел, а печь, то применение теплообменника также актуально, если строение имеет большую площадь. Печь не отапливает коттедж из-за маленькой мощности. По этой причине внутри устройства устанавливают змеевик. Он нагревает теплоноситель до высокой температуры, и это тепло благодаря радиаторам распространяется по всему дому.