Как сделать змеевик своими руками

Виды змеевиковых теплообменников

Алюминиевые и чугунные изделия штампуются на заводах

Полотенцесушитель – это тоже змеевиковый теплообменник.

Винтовая схема подразумевается расположение витков спирали по винтовой линии. Теплоноситель в таких теплообменниках движется в одном направлении. При необходимости для увеличения тепловой мощности можно объединять несколько спиралей по принципу “труба в трубе”.

В параллельной схеме теплоноситель постоянно меняет направление своего движения. Такой теплообменник изготавливается из прямых труб, соединенных коленом с поворотом на 180 градусов. В некоторых случаях, например, для изготовления регистра отопления, поворотные колени могут не использоваться. Вместо них устанавливается прямой байпас, который может находиться как на одном, так и на обоих торцах трубы.

Принцип работы змеевикового теплообменника заключается в том, чтобы нагревать одно вещество за счет тепла другого. Так, вода в теплообменнике может нагреваться открытым пламенем. В данном случае он будет выступать в роли теплоприемника. Но также змеевик и сам может выступать в качестве источника тепла.

Некоторые из них также относятся к категории змеевиковых теплообменников

В котле стоят змеевики с оребрением.

В котле пламя нагревает воду в змеевике, а потом она расходится по всей системе, отдавая тепловую энергию в помещение конвективным методом через радиаторы отопления. Некоторые из них также относятся к категории змеевиковых теплообменников. Например, полотенцесушители и регистры отопления из круглой или профильной трубы.

Контакт с открытым пламенем накладывает некоторые требования к эксплуатационным качествам металла, который использовался в производстве. Акцент делается на надежности и долговечности. Поэтому чаще всего используют сталь и чугун. Последний считается самым лучшим вариантом.

В бойлере и теплоаккумуляторе приоритетное значение имеет скорость теплообмена и устойчивость к коррозии. В данном случае нет ничего лучше, чем медь. Главное, чтобы она не контактировала с алюминием. Между этими металлами происходит реакция, которая приводит к химической коррозии.

Как самостоятельно изготовить устройство

Для того, чтобы изготовить теплообменник для печи своими руками можно использовать листовую «черную» сталь толщиной 3-5 мм или стальные трубы (круглые или профильные) с такой же толщиной стенок и диаметром 30-50 мм. Как вариант, для этой цели может использоваться лист или трубы из нержавеющей стали или меди. Но, из-за высокой их стоимости, эти материалы при самостоятельном изготовлении печных котлов используются крайне редко.

Из листового металла такие регистры изготовить проще. Их легче чистить при эксплуатации. Но, как правило, они имеют меньшую площадь контакта с пламенем или горячими газами, так как в своем большинстве своем они являются сплошными и в теплообмене участвует только внутренняя их поверхность, обращенная к пламени.

Печные котлы из труб, при тех же габаритных размерах, как правило, имеют большую теплообменную площадь (хотя это зависит еще и от количества и от диаметра труб), так как позволяют пламени или горячим газам контактировать, практически, со всей их поверхностью. Но они более сложны в изготовлении. Особенно это касается конструкций, состоящих полностью из труб круглого сечения.

Если для изготовления теплообменника для печи с водяным контуром используются трубы, то лучше всего, если они будут бесшовными (цельнотянутыми). Если же используются шовные трубы, то швы придется дополнительно укреплять сварным швом и располагать с наружной стороны регистра (со стороны кирпичной кладки).

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.

Между витками желательно оставлять небольшое расстояние – тогда труба от дымохода будет нагреваться и теплопередачей, и инфракрасным излучением. 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.

Как сделать змеевик своими руками

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.

Как сделать змеевик своими руками

Идеальный вариант – нержавеющая сталь (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. Оцинкованная гофра – нежелательный и недолговечный вариант. 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.

Каких видов могут быть самодельные печные теплообменники

Кроме, рассмотренных выше, конструкционных различий печных котлов, зависящих от выбранного материала для их изготовления, их конструкции могут отличаться и в зависимости от вида печи, для которой они собственно и предназначены. Такие печи могут быть отопительными или отопительно-варочными.

Конструкция теплообменника для отопительно-варочной печи отличается тем, что в верхней его части есть открытое пространство для доступа пламени к варочной плите. В регистрах же для отопительных печей верхняя часть, как правило, закрыта сплошным листом или рядами труб.

Здесь мы рассмотрим три наиболее распространенные конструкции, выполненные отдельно из листового металла и труб, а также их комбинирования.

Регистр из листового металла для отопительной печи с водяным контуром

Вариант 1.

Теплообменник представляет собой сплошную П-образную конструкцию, сваренную из листового металла, предназначенную для расположения в топливнике отопительной печи. Теплообменной поверхностью являются его внутренние стенки.

П-образный печной котел из листового металла

Теплообменник из листового металла для отопительной печи

Вариант 2.

Печной котел из труб. Холодная вода из системы подается через «обратку» в нижнюю U-образную трубу основания теплообменника (диаметром 40-50 мм и с толщиной стенки 3-4 мм), постепенно нагреваясь, она по Г-образным вертикальным трубам (такого же сечения, как и U-образное основание или меньше) поднимается вверх и попадает в верхнюю трубу-коллектор, а из нее, уже нагретой, в систему отопления дома.

Печной регистр из труб

Печной регистр для отопительной печи из труб

Вариант 3.

Боковые поверхности этого регистра изготавливаются из листового металла толщиной 3-5 мм и представляют собой сплошные панели толщиной 40-45 мм, а верхней части они соединены между собой рядом горизонтальных труб диаметром 40-50 мм.

Использование труб вместо сплошной поверхности (как в варианте 1) позволяет увеличить площадь соприкосновения с нагревающей средой, а использование листового металла для боковых панелей, упрощает процесс изготовления, что немаловажно если вы решите его сделать своими руками.

Регистр для отопительной печи из листового металла и труб

Печной котел из листового металла и труб для отопительной печи

Теплообменники для отопительно-варочных печей могут также быть изготовлены, как из листового железа, так и труб (круглых или профильных), а также при их комбинировании. Рассмотрим несколько вариантов.

Вариант 1.

Как сделать змеевик своими руками

Теплообменник для отопительно-варочной печи или кухонной плиты в виде двух сплошных боковых панелей из листового металла («книжка»), соединенных между собой.

Теплообменник для отопительно-варочной печи

Вариант 2.

Печной котел из труб круглого и прямоугольного сечения: круглые (диаметром 40-50х4 мм) расположены горизонтально и соединены в конструкцию с помощью прямоугольных 50-60х40х4 мм. Такая комбинация разных видов труб облегчает изготовление котла. Размеры а, б, в и г рассчитываются, в зависимости от размеров топливника и необходимой мощности регистра.

Регистр для отопительно-варочной печи из круглых и профильных труб

Теплообменник для отопительно-варочной печи из круглых и профильных труб

Вариант 3.

Теплообменный регистр из труб для отопительно-варочной печи

Теплообменный регистр только из круглых труб. Представляет собой два горизонтальных контура, соединенных вертикальными трубами. Холодная вода из системы подается в нижний контур, а нагретая с верхнего контура подается обратно в систему отопления.

Регистр для отопительно-варочной печи из труб

Как рассчитать теплообменник

Делать расчет змеевикового теплообменника нужно обязательно, иначе его тепловой мощности может не хватить на обогрев помещения. Система отопления предназначена для компенсации теплопотерь. Соответственно узнать точное количество требуемой тепловой энергии мы можем только исходя из теплопотерь здания. Сделать расчет достаточно сложно, поэтому в среднем берут 100 Вт на 1 м. кв при высоте потолков 2,7 м.

Сделать расчет достаточно сложно, поэтому в среднем берут 100 Вт на 1 м. кв при высоте потолков 2,7 м

Между витками должен быть зазор.

Также для расчета потребуются следующие значения:

  • число Пи;
  • диаметр трубы, которая есть в наличии (возьмем 10 мм);
  • лямбда теплопроводности металла (для меди 401 Вт/м*К);
  • дельта температуры подачи и обратки теплоносителя (20 градусов).

Для определения длины трубы нужно общую тепловую мощность в Вт поделить на произведение вышеперечисленных множителей. Рассмотрим на примере медного теплообменника с требуемой тепловой мощностью в 3 кВт – это 3000 Вт.

Из данного расчета получается, что вам потребуется 11,91 м медной трубы диаметром 10 мм, чтобы тепловая мощность змеевика составляла 3 кВт.

После того, как вы выбрали вид теплообменника, необходимо определиться с его размерами. С одной стороны его габариты должны соответствовать размеру места, куда он будет установлен.

Кроме этого, необходимо знать требуемую мощность печного теплообменника. Как ее определить?

Она зависит от тепловой мощности системы водяного отопления, необходимой для обогрева дома, которая в свою очередь зависит от теплоизоляционных свойств его наружных конструкций и максимальной отрицательной температуры наружного воздуха зимой. Упрощенно можно ориентироваться на средний показатель: 10-12 кВт на 100 м2 площади дома.

Чтобы максимально сократить теплопотери нужно выбрать каким утеплителем лучше утеплить дом снаружи

Как же вычислить необходимую площадь печного котла, для обеспечения такой тепловой мощности? В среднем, принято считать, что для обеспечения тепловой мощности 5-10 кВт необходимо около 1 м2 теплообменной поверхности котла. Величина этого показателя зависит от температуры горячих газов, соприкасающихся с теплообменником и температур воды (теплоносителя) на его выходе и входе, что в свою очередь, в значительной степени зависит от режима топки и вида топлива.

Q=SQуд,

где: Qуд – его удельная мощность, ккал/час;       S – его полезная площадь (соприкосновения с нагревающей средой), м2.

Qуд = k(T-t)S,

где: k=12 ккал/час на 1°С – коэффициент теплопередачи «газ-вода» через стальную поверхность;       Т = (Tмакс Tмин)/2 – средняя температура нагревающей среды (пламя, газы), °С;       t = (tмакс tмин)/2– средняя температура теплоносителя (вход выход/2), °С.

Если печь будет работать периодически (около 2 часов) на дровах, то средние температуры среды и теплоносителя будут максимум: 500 и 70°С соответственно и с 1 м2 теплообменника в этом случае можно будет получить максимум 6 кВт тепловой мощности.

На сегодняшний день самый дешевый утеплитель для стен - это минвата

Если печь будет работать на угле и постоянно, то средние максимальные средние показатели среды и теплоносителя могут быть: 800 и 70 °С соответственно. В этом случае с 1 м2 площади печного котла можно будет снять около 10 кВт.

S =Q/Qуд, м2.

В зависимости от того из какого материала будет изготавливаться теплообменник, можно подсчитать, сколько потребуется труб или листового металла, чтобы обеспечить такую площадь соприкосновения с нагревающей средой. При этом в расчет берется только та поверхность, которая будет непосредственно контактировать с горячими газами или пламенем.

Например, если печной котел будет изготавливаться сплошным (только из листового металла), то в расчет следует принимать только внутреннюю его поверхность. Если же он будет изготавливаться из труб, то практически вся их поверхность будет участвовать в теплообмене (их длина х диаметр х 3,14). При комбинировании разных материалов, необходимо будет вычислять площадь соприкосновения с нагревающей средой каждого элемента отдельно, а потом суммировать.

Если необходимо увеличить тепловую мощность котла при тех же габаритных размерах, можно в его конструкцию добавить дополнительные элементы (например, трубы). Если же его мощность получается слишком большой, то можно уменьшить его длину. Другими словами: в каждом конкретном случае необходимо делать расчет и корректировку размеров регистра, привязывая их к размерам и конструкции самой печи, а также мощности системы водяного отопления дома, которую придется обеспечивать тепловой энергией.

После того, как подобран вид печного котла, материал и сделан расчет размеров можно приступать к его изготовлению своими руками. При этом необходимо обратить внимание на качество сварочных работ. Оно должно быть на высоком уровне, так как данный агрегат будет эксплуатироваться в достаточно агрессивной среде, а для того чтобы выполнить его ремонт, скорее всего, придется разбирать печь или ее часть.

После выполнения сварочных работ необходимо заполнить регистр водой, проверить нет ли протечек и выполнить его опрессовку при давлении, превышающем рабочее в системе отопления, как минимум, в 2 раза.

Где устанавливаются змеевиковые теплообменники

После того как вы сделали расчет змеевика теплообменника можно приступать непосредственно к изготовлению. Винтовую конструкцию сделать достаточно просто. Диаметр петли нужно подбирать исходя из размера бака, в который будет осуществляться монтаж. Нужно чтобы трубы не прикасались к корпусу.

Накручивать витки нужно на круглую болванку. Медь легко гнется, поэтому не нужен никакой дополнительный инструмент. Желательно соблюдать небольшой отступ между витками, чтобы теплоноситель контактировал с трубой со всех сторон. Это увеличит площадь теплообмена, что позволит достигнуть максимальной тепловой мощности, которую мы рассчитывали.

Как сделать теплообменник из прямых труб

Чтобы изготовить змеевик по параллельной схеме нужно обладать навыками сварки металлов. Для таких работ используют стальные трубы, согнуть которые весьма проблематично, хотя имея хороший трубогиб, все же возможно. Но в большинстве случаев приходятся прибегать к сварке.

Чтобы изготовить змеевик по параллельной схеме нужно обладать навыками сварки металлов

Стальной змеевик из круглых труб.

Алгоритм работы:

  • нарежьте ровные отрезки из стальных труб;
  • уложите их параллельно на ровной поверхности;
  • соедините их коленами с поворотом на 180 градусов – если таких колен нет, то можно сварить два уголка по 90 градусов;
  • в нижний и верхний торцы вварите заглушки с патрубком для подключения к системе отопления.

Кроме этого, в нижней части можно установить заглушку, по центру которой вырезается отверстие. Затем в это отверстие приваривается гайка. Ее внутренний диаметр должен подходить под стандартный электрический ТЭН. В таком случае можно будет использовать самодельный теплообменник как электрический обогреватель.