Как изготовить самодельный теплообменник
Регистр из нескольких труб
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
Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи
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
Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки
Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.
- На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
- При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
- 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
Типы терморегуляторов, используемые в отопительных приборах основанных на принципе конвекции
Одним из основных элементов любого электрического конвектора является встроенный терморегулятор, позволяющий установить требуемую температуру в помещении. Управление термостатом может быть:
электронным;
механическим.
Если термический регулятор механический, то корректировка осуществляется путем поворота ступенчатого переключателя. Основное его преимущество – это невысокая стоимость. Среди недостатков можно отметить:
невозможность установки точной температуры;
повышенный расход электрической энергии.
Электронный терморегулятор в этом вопросе куда практичнее. С его помощью можно легко устанавливать требуемую температуру, это устройство практически бесшумное, он эффективно расходует электроэнергию. Конвекторы с данным типом терморегулятора стоят дороже, но их преимущества вряд ли кто-то будет оспаривать.
Технические характеристики радиаторов
Схема устройства радиатора.
Если говорить о степени распространенности, то радиаторы более популярны. В большинстве своем это обычные, знакомые всем батареи. Принцип работы такого отопительного прибора идентичен принципу работы русской печи: тепло излучает поверхность радиатора. Чугунный радиатор обладает целым рядом достоинств: абразивная и коррозийная стойкость высокая, а стоимость его относительно небольшая. Впечатляет и срок службы эксплуатации радиатора, не менее 50 лет при надлежащем уходе. Такой прибор отопления лучше всего использовать в этажных домах, где есть естественная вентиляция.
Тем не менее следует отметить, что если стоит выбор отопительной системы, то выбирать чугунные радиаторы не рекомендуется, лучше всего использовать приборы, сделанные из алюминия, биметалла, которые превосходным образом сочетают в себе стиль и качество.
Такие отопительные приборы могут быть секционными, трубчатыми и панельными. Для того чтобы понять, чем они друг от друга отличаются, следует рассмотреть их подробнее.
Секционный радиатор – это конструкция из соединенных нагревательных элементов. Мощность такого отопительного прибора напрямую зависит от количества этих нагревательных элементов, а надежность находится в прямой зависимости от качества соединений. Для того чтобы сделать такие приборы, применяются разные металлы. Чаще других в этом плане используется чугун, еще можно часто увидеть в продаже стальные и алюминиевые радиаторы.
Схема секций радиаторов.
Когда речь идет о панельных радиаторах, то название говорит о многом: в качестве нагревательного элемента в таком отопительном приборе используется панель, которая состоит из герметично соединенных между собой металлических пластин, между которыми размещается теплоноситель, именно он служит нагревателем для корпуса радиатора.
Что касается трубчатого радиатора, то он может использоваться в качестве отопительного прибора, а еще он представляет собой великолепный предмет дизайна. Это становится возможным благодаря тому, что у такого прибора всего две точки жесткой фиксации: они находятся на входящем и выходящем коллекторах. Трубы между этими точками можно размещать произвольным образом, благодаря чему создаются любые рисунки переплетений. Однако такой прибор при всех своих положительных характеристиках довольно неэкономный.
Виды и технические данные нагревательных приборов
Исходные данные для проектирования
Главным исходным материалом для расчета поверхности нагревательных приборов является подробно разработанная и рассчитанная в гидравлическом отношении (определены диаметры каждого из участков) аксонометрическая схема системы отопления здания.
На расчетной аксонометрической схеме должны быть указаны расчетные нагрузка (тепловые потоки) каждого нагревательного прибора системы, Qнп в Вт или кДж/ч. Теплопотоки нагревательных приборов Qнп вычисляют на основе таблицы расчетных теплопотерь помещений с учетом установки приборов у наружных ограждений, см. .На схеме указываются также расчетные тепловое и гидравлические нагрузки стояков системы, соответственно Qст и Gст, вычисленные с некоторым запасом, учтенным коэффициентом β4, см. .
Диаметры каждого из этажеузлов системы (этажеузел помещения включает собственно нагревательные приборы и открыто проложенные горизонтальные и вертикальные трубопроводы) определены по результатам гидравлического расчета и должны быть нанесены на схему.
Для каждого помещения известна расчетная температура внутреннего воздуха, tвв °С.
Технические данные большинства современных приборов приведены в главе 2. Следует отметить, что информация по этому вопросу в литературе по отоплению в основном является устаревшей.
Виды и технические данные нагревательных приборов
Один из основных элементов систем водяного отопления — нагревательный прибор — предназначен для передачи теплоты от теплоносителя (воды) впомещение.
Приборы для систем отопления изготовляют сгладкой и ребристой внешней поверхностью пяти основных видов: радиаторы секционные, радиаторы панельные, конвекторы, ребристые трубы, гладкотрубные приборы.
Для нагревательных приборов помимо санитарно-гигиенических, экономических, архитектурно-строительных, производственно-монтажных требований добавляется еще теплотехническое требование — прибор должен обладать повышенным значением коэффициента теплопередачи, что приводит к снижению расхода металла. В радиаторных системах водяного отопления, например, расход металла на приборы достигает 60-80% общей затраты металла на монтаж.
Задача проектирования и заключается в том, чтобы из всей гаммы выпускаемых промышленностью приборов выбрать наиболее оптимальный вид и типоразмер, с учетом перечисленных выше требований и конкретных условий проектирования.
Ниже дается краткая характеристика современных приборов, имеющих наиболее широкое использование.
2.2.Радиаторы стальные панельные
Стальные панельные радиаторы — одни из наиболее часто использующихся в системах индивидуального отопления (обычно в загородных домах). Они обладают небольшой тепловой инерцией, а значит, с их помощью легче осуществлять регулирование температуры в помещении. Рабочее давление для большинства моделей стальных панельных радиаторов лежит в пределах 9 атм. Благодаря широчайшему модельному ряду можно подобрать оптимальный по параметрам стальной панельный радиатор практически для любого помещения. Стандартная высота стальных панельных радиаторов равна: 300, 350, 400, 500, 600 и 900 мм (есть и более низкие — 250 мм), ширина — от 400 до 3000 мм, глубина от 46 до 165 мм. Ассортимент стальных панельных радиаторов каждого из ведущих производителей состоит из нескольких сотен моделей разной глубины, ширины и высоты. Очевидно, что только крупные поставщики могут позволить себе работать с этим типом отопительных приборов и держать на складе такую широкую номенклатуру.
Название этого типа отопительных приборов дает достаточно точное представление об их внешнем виде — это, действительно, прямоугольная панель, в подавляющем большинстве случаев, белого цвета. Конструкция стального панельного радиатора — это, грубо говоря, два сваренных между собой стальных листа (толщиной, обычно, 1,25 мм) с вертикальными каналами, в полости которых циркулирует теплоноситель. Для увеличения нагреваемой поверхности, а, как следствие, теплоотдачи к тыльной стороне панели приварены стальные П-образные рёбра.
Технические характеристики радиаторов представлены в табл. 1 и табл. 2
Таблица 1 — Технические данные радиаторов kermi.
Конвектор и масляный обогреватель сравнение выявляет несомненного лидера
Итак, сравним основные показатели двух самых популярных обогревателей.
1. Экономичность использования. Масляный радиатор потребляет на четверть больше электричества, чем конвекторный. Так как тарифы на электроэнергию постоянно растут, то этот факт может оказаться решающим при выборе устройства.
2. Время разогрева. Разогрев воздуха масляным обогревателем проходит несколько ступеней: сначала электричество греет тэн, затем тэн – масло, а оно, в свою очередь, нагревает ребра корпуса, отдающего тепло воздушным массам. Это занимает много времени (и электроэнергии, стоящей немало) – прибор уже давно включен, а холод еще в комнате. Ускорить процесс могут вентиляторы, встроенные в масляный обогреватель.
У конвектора тэн сразу греет корпус, поэтому коэффициент его полезного действия составляет не менее 95 процентов. Но скорость нагрева тоже не так велика и масляный радиатор оснащенный вентилятором при прочих равных условиях скорее выиграет у конвектора.
3. Комфорт при работе. Здесь имеется в виду легкость переноски и монтажа. Надо заметить, что конвекторы в этом плане удобнее и мобильнее. Их вес не больше 10 килограмм, а масляные устройства более громоздки и тяжелы – их вес составляет от 18 до 25 килограмм. Конвекторы и на колесиках перемещать удобнее, и на стену закрепить несложно, что сэкономит место в квартире и облегчит уборку. Кроме того, температура, создаваемая конвектором, более комфортна. Она не имеет перепадов по всему объему комнаты.
4. Безопасность. Сами понимаете, что раскаленное масло – не самый лучший сосед. Оно нагревает корпус обогревателя так, что и до ожога недалеко. Исключением являются обогреватели оснащенные защитным кожухом.
А вот конвекторные устройства можно назвать абсолютно безопасными. Ведь греется их корпус всего до 60 градусов, а при такой температуре обжечься нельзя. Оснащенный функцией защиты, конвектор, оставленный без присмотра, не устроит подвоха хозяину. А вот масляный прибор ни в коем случае нельзя оставлять наедине с помещением – ведь некоторые его модели, даже не имеют датчика перегрева.
5. Срок службы. Наверное, не один человек был свидетелем вытекания масла из масляного обогревателя. Рано или поздно протечка появляется. Сначала появляется микротрещина на корпусе, потом через нее начинает потихоньку испаряться масло. Ну, а в итоге обогреватель выходит из строя, и никто не берется его ремонтировать – разве возможно найти малюсенькую микротрещину. Что касается конвекторных обогревателей, то они служат по 10 и 15 лет, хотя срок гарантии производитель обычно указывает 5 лет.
6. Экологичность устройства. Для начала возьмем за аксиому, что пыль в помещении при движении воздуха во время конвекции будет подниматься всегда. Поэтому врут торговцы, рассказывающие о каких-то особенных моделях конвекционных или масляных обогревателей, не поднимающих пыль. Теперь о сжигании кислорода. У конвекторов особенность материала тэна и температура нагрева корпуса таковы, что этот процесс физически невозможен. Кое-кто утверждает, что у масляных радиаторов сжигание кислорода все же возможно. Не верьте – это неправда.
7. Стоимость прибора. Здесь масляные обогреватели вырываются вперед – цены на них существенно ниже, чем на конвекторы. Но не стоит забывать о соотношении цены и качества, то есть сопоставить не только цены, но и важнейшие технические показатели (о которых шла речь выше).
Как используются конвекторы
Схема принципа работы конвектора.
Конвекторы могут использоваться как для основного, так и для дополнительного отопления, еще они незаменимы там, где установить традиционные радиаторы невозможно. Так, конвектор, который встроенный в пол, можно размещать вдоль раздвижных дверей или стен, сделанных из стекла. Такой отопительный прибор отличается простотой конструкции и невысокой стоимостью материала, что обеспечивает его популярность. Механизм этого прибора действует таким образом: холодный воздух, который находится между пластинами, нагревается, потом поднимается вверх, охлаждается, а потом снова опускается, потом идет повтор процесса.
Все чаще в быту используется такой отопительный прибор, как электрический конвектор, который отличается компактными размерами, привлекательным дизайном и небольшим весом, благодаря этим качествам в интерьер он вписывается идеально. Если сравнивать такой прибор с масляным радиатором в плане скорости обогрева комнаты, то преимущество будет у электрического конвектора, а значит, электроэнергии расходуется меньше.
У электрических конвекторов есть еще одно неоспоримое достоинство – долгий срок эксплуатации, который может составлять 10-15 лет, тогда как масляный радиатор может выйти из рабочего состоянии при самой минимальной трещине
Надо еще отметить то обстоятельство, что электрический радиатор нагревается гораздо меньше, чем масляный, что очень важно, если, например, в доме маленький ребенок
Панельные радиаторы отопления
На постсоветском пространстве панельные стальные радиаторы мало распространены. Более охотно из используют в странах США и Европы. К преимуществам данных радиаторов можно отнести: высокую степень теплоотдачи, надежность и прочность. При большой площади таких радиаторов, достаточно небольшой температуры теплоносителя для быстрого обогрева помещения.
Панельные стальные отопительные приборы характеризуются самой низкой конвекцией. Воздух нагревается равномерно, что комфортно и очень полезно для здоровья. В достойную конкуренцию с ними может вступить только теплый пол.
Но к сожалению, в стандартных российских системах отопления такие радиаторы лучше не применять. Они не выдерживают высокого давления теплоносителя, которое наблюдается в нашем центральном отоплении
Если же у вас частный дом, то советуем вам обратить очень пристальное внимание на панельные радиаторы отопления
Панельные батареи похожи на приборы конвекторного типа, являясь их более совершенной версией.
Панельный радиатор.
Стальные радиаторы
Как и другое отопительное оборудование с открытыми сварными швами, стальные радиаторы требуют стабильного давления теплоносителя. По этой причине их чаще всего используют для монтажа в частных домах и других зданиях с автономным обогревом. В этом случае закрытый обогревающий контур способствует замедлению окислительных процессов, к тому же индивидуальное отопление не страдает постоянным загрязнением теплоносителя щёлочью и другими агрессивными примесями. При использовании очищенной воды и регулярном контроле напора стальные радиаторы не требуют замены в течение 20 и более лет.
Технические характеристики стальных радиаторов известных европейских производителей
Устанавливая радиаторы из стали в зданиях с центральным отоплением, следует осознавать опасность гидроударов и низкого качества теплоносителя. Резкие перепады давления и вода с примесями солей и щёлочи снижают долговечность батарей более чем наполовину. В этом случае не следует рассчитывать на срок службы оборудования более 10 лет.
Подобные отложения в трубе центрального отопления указывают на сильное загрязнение теплоносителя примесями – стальные радиаторы в этом случае лучше не использовать.
В продаже можно найти стальные радиаторы двух типов:
- трубчатые,
- панельные.
Преимущества первых проистекают из простой и надёжной конструкции, которая напоминает лесенку из параллельных вертикальных трубок.
Трубчатые радиаторы переживают вторую молодость, являясь объектом внимания дизайнеров и любителей современных тенденций в интерьере.
Плоские, ровные поверхности панельных радиаторов значительно облегчают уход. Именно поэтому их так любят домохозяйки
Для изготовления панельных радиаторов используются стальные зигзагообразные пластины, которые приваривают друг к другу точечной сваркой. Образованные при этом полости служат каналами, по которым циркулирует теплоноситель. Для повышения теплоотдачи производители усложняют конструкцию, собирая радиатор из трёх панелей. Обратной стороной такого улучшения является утяжеление конструкции – вес многослойных стальных теплообменников приближается к чугунным.
Для изготовления панельного радиатора используются профильные стальные пластины, пространство между которыми выступает в роли водяного контура теплообменника
Как вы сами можете видеть, такие достоинства панельных радиаторов, как низкая цена и привлекательный внешний вид, омрачают минусы в виде низких эксплуатационных показателей. Чаще всего эти отопительные приборы выбирают для нетребовательных отопительных систем бюджетной категории.
Срок службы компонентов и гарантия изготовителя
Параметр | Радиатор Rifar Monolit | Конвектор TS CARNOT |
---|---|---|
Срок службы | 25 лет | 50 лет |
Гарантия изготовителя | 25 лет | 10 лет |
Срок службы у конвекторов в 2 раза выше. Это достигается за счет практически вечных материалов, из которых изготовлен теплообменник: медной трубки и алюминиевых ребер. Тем ни менее, гарантийные обязательства, заявленные в паспорте у конвекторов, ниже.
В радиаторах используются менее долговечные стальные трубки. Также следует помнить, что гарантия действительна только при полном соблюдении всех условия монтажа и эксплуатации.
Внутреннее устройство радиатора Rifar
Обратимся к паспорту Rifar Monolit.
Первые же пункты гарантии на практике оказываются невыполнимыми для простого покупателя, которые купили радиатор на ближайшем рынке и воспользовались услугами частного сантехника. Ни проекта, ни лицензий в этом случае нет и не будет, к тому же, проектирование стоит серьезных денег. Через 15 лет в случае поломки доказать, что данная поломка — гарантийный случай, будет нереально, так что проще оказывается купить новый радиатор.
Для получения гарантии на конвектор никаких особых условия не потребуется. В случае выхода из строя какой-либо его части, инженер приедет и заменит их на месте.
Из практики: за 3 года работы с конвекторами обращений по гарантии не было. Специалиста вызывали несколько раз, с якобы гарантийными случаями, но прямо на объекте становилось понятно, что повреждение трубки носило механический характер из-за небрежности в процессе ремонта. Инженеры на месте устранил проблему, заменив теплообменники.
Чугунные радиаторы отопления
Рассмотрим наиболее простые и привычные чугунные радиаторы. Их рабочее давление составляет 9 атмосфер, максимальное испытательное достигает 15 атмосфер.
К достоинствам чугунных отопительных приборов относят отличную устойчивость к коррозии, нетребовательность к чистоте теплоносителя. Благодаря этому, чугунные радиаторы широко используются в городских домах, оснащенных центральным отоплением. Ведь устойчивость к коррозии – это очень важный параметр. Летом из систем отопления обязательно сливают воду, оставляя отопительный прибор на растерзание коррозии. Чугунный радиатор не будет ржаветь в ожидании нового отопительного сезона.
Внутреннее проходное отверстие чугунного радиатора имеет большой диаметр. Согласно законам физики, это приводит к малому гидравлическому сопротивлению потока. В связи с этим чугунные радиаторы успешно используются отопительными системами с естественной циркуляцией.
Но все-таки недостатки очевидны. Главный минус: чугун – слишком тяжелый металл. Следовательно, радиаторы имеют большую массу. Это приводит к усложнению процесса монтажа такой отопительной системы с необходимостью применения надежного крепежа.
Чугунные радиаторы характеризуются высокой тепловой инерцией. Поэтому они долго нагреваются, долго остывают. Такой режим температуры не очень комфортный: длительное время воздух остается холодным или, наоборот, слишком теплым.
Вряд ли чугунные радиаторы украшают интерьер. Громоздкие отопительные системы всегда хочется спрятать от постороннего взгляда. Уборкой придется заниматься часто и тщательно, ибо чугунная конструкция в виде секций имеет склонность обильно скапливать пыль.
Масляные радиаторы
В поисках решения задачи, что лучше в квартире, конвектор или радиатор, следует разобрать отличия между этими приборами. Конвекторы обогревают помещение только горячим воздухом, а у радиаторов присутствует тепловое излучение. Практические исследования показывают, что около радиатора можно почувствовать исходящее от прибора тепло и уловить поднимающийся поток горячего воздуха.
Главным отличием конвектора от радиатора являются их конструктивные особенности и некоторые другие параметры.
Масляные радиаторы – это приборы отопления, излучающие тепло во все стороны, и дающие поток теплого воздуха, направленный вверх. Результатом этого становится быстрый обогрев помещения. В большинстве случаев масляные радиаторы используются в качестве прибора, дающего дополнительное тепло, в системе постоянного отопления такие устройства используются редко.
Масляные радиаторы имеют большую рабочую площадь – это можно назвать их главным отличием от конвекторного оборудования. Благодаря циркуляции разогретого минерального масла по контуру нагревается практически вся поверхность радиатора. Прибор подобного типа можно расположить в любом месте помещения, под рабочим столом или вблизи него, в местах отдыха и вдоль стен. Есть модели, предназначенные только для настенного использования.
Масляные радиаторы имеют следующие преимущественные характеристики:
- Быстрый нагрев помещения благодаря большой рабочей поверхности.
- Наличие встроенных терморегуляторов.
- Возможность быстрого и легкого перемещения.
- Простой уход.
- Приемлемая цена.
Среди недостатков особенно выделяется следующее:
- Сильный нагрев делает оборудование не безопасным для маленьких детей, есть риск получить сильные ожоги.
- Также причиной ожога может стать вытекшее минеральное масло, в радиаторах низкого качества возможно образование протечек.
- Оборудование, которое можно использовать в системах постоянного обогрева, стоит очень дорого. Следовательно, масляные радиаторы более эффективны для получения дополнительного тепла.