Теплообменник для банной печи: виды и особенности
Теплообменники – устройства, в которых тепло передается от одного вещества другому. В банных печах энергия горячего воздуха передается воде, которая находится внутри. Второе название таких устройств – водяной контур. Сами эти устройства могут быть разных форм и типов. Использоваться могут как для организации водяного отопления, так и для получения горячей воды.
Для нагрева воды в банных печах чаще встречается небольшой бак или металлическая изогнутая труба (змеевик), расположенные внутри топки, но не имеющие непосредственного контакта с огнем. Есть еще один вид – водяные рубашки.
Печи для бани с теплообменником могут не только греть воды для душа, но и для водяного отопления
Принцип работы водяного теплообменника строится на том факте, что вещество (в данном случае вода) более высокой температуры поднимается вверх. Так как система представляет собой замкнутый контур, то происходит постоянный круговорот воды: горячая поднимается вверх по одной трубе, на ее место приходит холодная по другой. Таким образом, постепенно происходит повышение температуры во всей системе. Время нагрева при этом зависит от многих факторов:
Теплообменник-змеевик из меди
- от исходной температуры (зимой, когда жидкость холодная времени требуется больше);
- объема воды в системе;
- мощности печи и интенсивности горения.
Змеевик для печей
Один из самых простых в изготовлении теплообменников – змеевик. Все что нужно – найти трубу из достаточно пластичного металла. Чаще всего используется медь или алюминий, так как оба металла стойки к коррозии и легко гнутся. Затем труба изгибается, причем форма в принципе может быть любая.
Для того чтобы вода активно двигалась самотеком (без насоса) общая протяженность змеевика не должна превышать 3 метров (это с учетом соединения до выносного бака). Создавая свой теплообменник, «примеривайте» его к печи: он не должен соприкасаться с открытым пламенем, а нагреваться должен раскаленным воздухом. На концах нарезается наружная резьба, к которой затем подсоединяются через фитинги выносной бак.
Змеевик может располагаться не только внутри топки, но и снаружи. Обматывать печку вряд ли стоит, а вот металлический дымоход греть воду будет достаточно эффективно. Ведь если печь без камеры дожига, то температура на выходе топки может быть до 500 о С. Пример такого теплообменника на трубе смотрите на фото.
В самом простом варианте теплообменник может иметь вид подковы. Тогда использовать можно и нержавейку – так ее можно согнуть. Например, на видео ясно видна подобная форма, которую использовали в печи для бани «Витра» (видео о том как перенести теплообменник в печи Vitra с левой боковой панели на правую ищите в конце статьи).
Простейший вид теплообменника для банной сети — изогнутая трубка с резьбой на концах
Один из видов змеевика – регистр. Это, как правило, сварная конструкция из труб, которая часто чем-то напоминает отопительные. Регистр для банной печи чаще всего варят из нержавейки, так как только она может длительное время переносить жесткие условия эксплуатации. Сварные конструкции имеют большой размер и вес, и потому их чаще устанавливают кирпичных печах. В железной печи не всегда можно найти место для размещения небольшой трубки-теплообменника, не то что громоздкой сварной конструкции. А при проектировании кирпичных банных печей можно выделить место и под регистр.
Теплообменник-регистр. Такой в готовую металлическую печь не поставишь. Это вариант или для самодельной железной печи или для кирпичное (скорее так судя по размерам)
Иногда теплообменник выполнен в виде небольшой емкости с водой (объем до 3-х литров), который также располагается внутри топки без непосредственного контакта с огнем. Принцип его работы ничем не отличается от других. Чтобы служил такой бачок-теплообменник дольше, при изготовлении своими руками, постарайтесь сделать конструкцию так, чтобы было как можно меньше сварных швов. Например, возьмите лист нержавейки (толщины 1-2 мм достаточно) и на листогибе придайте требуемую геометрию. На корпусе шов будет всего один, плюс приварены будут боковые панели и входные патрубки.
Теплообменник для банной печи фирмы «Ермак» — уникальная конструкция
Изготавливая любой из теплообменников, расположенных внутри топки, нужно помнить, что отбирать без ущерба для обогрева помещения они могут не более 10% мощности печи. Так что чересчур большие регистры делать нерационально. Их и разместить сложно и они отрицательно скажутся на температуре воздуха в парной. Лучше рассчитать систему так, чтобы можно было за все время посещения бани подогреть воду несколько раз: вам ведь не нужны сразу 150 литров кипятка? Сначала надо немного горячей воды чтобы запарить веники, потом чуть больше, чтобы помыться перед парилкой, и затем еще некоторое количество, чтобы ополоснуться. В результате, нужны, может и 150 литров горячей воды, но порциями. Так зачем делать систему на 150 литров и ждать несколько часов, пока она будет приемлемой температуры, если можно сделать бак на 50-70 литров и несколько раз нагреть в нем воду, которая будет расходоваться по мере необходимости…
Водяная рубашка
Просто реализуется еще один теплообменник – водяная рубашка (водяной контур) на трубу. На участок дымохода наваривается труба большего диаметра с двумя патрубками для подачи/отведения воды. Принцип работы все тот же: горячая вода подымается вверх, вниз поступает из выносного бака более холодная вода.
Принцип организации водяной рубашки на трубу и ее подключение к выносному баку
Этот способ более привлекателен по нескольким причинам:
- нагрев происходит за счет тепла, которое раньше просто улетало;
- сделать такой теплообменник своими руками несложно, хотя есть и фабричные варианты;
- установить можно на любой металлический дымоход и для этого не нужно разбирать печь и делать в ней отверстия;
- теплообменник на трубе предупреждает проникновение газов из дымохода в помещение.
Все эти плюсы делают такое устройство достаточно привлекательным. Но есть у такого решения и минусы:
- требуется полная герметичность швов;
- при добавлении холодной воды может образовываться конденсат;
- заливать воду в разогретую систему нельзя – может из-за разницы температур порвать стенки дымохода.
Водяной контур на печь делается аналогично, но в этом случае в емкость с водой строится вокруг корпуса. Практически всегда такой теплообменник делают на круглые печи. Во-первых, можно подобрать трубу большего размера и приварить дно и верх, что вряд ли удастся с прямоугольными печами, и во-вторых, по кругу вода движется легко и система эффективна, чего тяжело добиться при квадратном кожухе.
Теплообменник открытого сифонного типа
Очень интересный и эффективный вариант нагревать воду на печи, но, к сожалению, не очень распространенный. В печь вваривается наклонная труба, запаянная на конце. Ее второй конец — открытый срез — приварен в нижней части бака с водой. Когда вода налита в бак, часть ее попадает в трубу, расположенную в печи, где она нагревается вплоть до кипения. Выделяющийся при кипении пар пузырьками поднимается вверх. Попав в холодную среду пузырек лопается, передавая значительную часть тепла окружающей воде. Кроме того перенос тепла происходит за счет все той же конвекции (движения горячей воды вверх, а холодной вниз).
Сифонный теплообменник. Эффективный вариант, но редко используется
Одно из практических воплощений такого теплообменника представлены на фото. Конструкция несколько изменена, но принцип остался тот же.
Теплообменник для банной печи сделанный своими руками
В этом варианте бак располагается на подставке в соседней комнате. В стене и в одном боку печи проделано отверстие (печь стоит боком). Длина трубы такая, что она чуть не достает до противоположной стенки топки. Труба на конце запаяна, отверстие в печи немного большего размера, чем диаметр патрубка, не заизолирован и не уплотнен. Входное отверстие расположено достаточно низко – прямо на этот необычный теплообменник накладываются дрова, а затем после прогорания при необходимости на нее нагребаются угли.
Как соединить теплообменник с баком для воды
Владелец такого водяного теплообменника сифонного типа уже более 6 лет использует данный агрегат. Говорит, что дым не попадает в помещение. Иногда, если в парилку чересчур резко закрыть дверь, может небольшая порция дыма вырваться, но это случается очень редко и не приносит каких-либо неприятностей. Бак не рекомендует делать большим – удобнее несколько раз заливать воду, чем ждать, пока нагреется большой ее объем. Бак на фото имеет объем порядка 50 литров.
Чем и как соединять выносной бак и теплообменник
Хотя температура воды в теплообменнике при любой его конструкции не поднимается выше 100 o C, патрубки могут нагреваться до более значительных температур – они контактируют со стенкой печи. Потому желательно примерно 40-50 см от них устанавливать металлические трубы. Наверное, все та же нержавейка будет предпочтительнее: черный металл будет ржаветь, медь и алюминий – возможно, но достаточно проблематично. Далее можно использовать металлопластиковые трубы для горячей воды, возможно использование гофрированных или гибких шлангов в обмотке (которыми подключают бойлеры). Диаметр — дюймовые или ¾ дюйма. Меньший нежелательно – вода будет плохо циркулировать: в теплообменнике будет кипеть, а в баке останется холодной.
Для уплотнения резьбовых соединений применяйте специальные средства, которые выдерживают высокие температуры (например, тангит). При использовании фитингов стандартные прокладки заменяйте самодельными из паронита.
Подсоединяя теплообменник на трубе или в печи с выносным баком, обязательно сделайте в самой нижней точке системы кран для слива. Он пригодится, когда будете консервировать систему на зиму: чтобы все не разорвало от замерзшей воды, ее (воды) не должно остаться ни капли. Если же баня у вас отапливаемая, кран все равно нужен — если вода застаивается, она приобретает неприятный запах.
Еще один нюанс: трубы на горизонтальных участках должны иметь небольшой уклон в сторону печи. Нюанс небольшой, но на работоспособности системы сказывается очень сильно. Потому обеспечьте небольшой наклон (1-5 градусов).
Источник статьи: http://teplowood.ru/teploobmenniki-dlya-bani.html
Регистр из труб в баню
Система горячего водоснабжения (ГВС) включает в себя регистр ГВС (отрезок металлической трубы, вмонтированный в кирпичную печь, часто за свою изогнутую форму называемый «змеевиком»), соединенный 2-мя трубопроводами (напорным и обратным) с баком для нагрева воды.
Расчетными величинами в нашем случае будут являться геометрические размеры регистра ГВС и бака для горячей воды.
Сразу оговоримся, что размеры «змеевика» будут определяться количеством воды, которую необходимо нагреть для своих нужд в бане (для мытья, запаривания веников, поддач на каменку, опаривания стен, потолка, полоков и пр.). В свою очередь время нагрева воды должно быть не больше времени приготовления бани.
Как правило, время приготовления бани с кирпичной печью может варьироваться от 2,5 до 4 часов (в зависимости от времени года и температуры воздуха).
Если же учесть еще время для «настаивания» бани (равномерного прогрева ограждающих поверхностей парной до температур порядка 42-45*С), то в среднем на приготовление бани уходит 4 часа.
Поэтому в наших расчетах примем, что время приготовления бани составляет 4 часа.
Баню планируют принимать 4 человека.
Для мытья 1 человека в среднем требуется 3 ведра теплой воды, т.е.
36 литров воды с температурой
Теплую воду будем получать путем разбавления горячей воды в баке, нагретую с помощью вмонтированного в печь регистра ГВС, холодной водой из колодца (скважины).
Тогда, в первом приближении, воспользуемся соотношением
mх.в.* Тх.в. + mг.в.* Тг.в = mт.в.* Тт.в., (1)
из которого можно определить количество mг.в. и температуру Тг.в. горячей воды, которую надо взять для приготовления требуемого количества теплой воды с параметрами mт.в.и Тт.в.
Пусть для нашего случая для получения 36 литров теплой воды (mт.в.= 36 кг) с температурой Тт.в.=38*С возьмем 2 ведра (24 литра = mх.в.= 24кг) холодной воды с температурой Тх.в.=10*С. Горячая вода в баке должна иметь температуру Тг.в.=90*С.
Из уравнения (1) следует, что нам для этих целей потребуется mг.в.=12,9 кг (
1 ведро) горячей воды с температурой Тг.в.=90*С.
Таким образом, на семью из 4 человек потребуется 4*12,9=51,6 кг (литра) горячей воды с температурой 90*С.
Прибавим сюда еще 1 ведро (
12 л) горячей воды для запаривания веников, плюс 2 дополнительных ведра горячей воды для поддач на каменку и разбрызгивания на потолок и стены парной для создания требуемой климатической обстановки в парной.
На круг выходит потребность в
90 литрах горячей воды для принятия бани 4 человеками. Следовательно, бака для горячей воды объемом в 100 литров будет достаточно.
При этом помним, что этот объем воды должен быть нагрет за время приготовления бани, то есть за 4 часа.
Для нагрева 90 кг воды от температуры 10*С до температуры 90*С потребуется тепла:
Q = c * m * (Тг.в. — Тх.в.) = 4,2*90*80 = 30 240кДж, (2)
где с=4,2– удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*гр.С); m – масса воды,кг; Тг.в. и Тх.в. –температура горячей и холодной воды, гр.С.
Для выработки такого количества тепла потребуется источник тепла мощностью
W = Q/t = 30 240* 0,2778*10-3 = 8,4 кВт, (3)
где 0,2778*10-3 – коэффициент перевода количества тепла из кДж в мощность источника тепла в кВт.
Таким образом, тепловая мощность регистра ГВС («змеевика»), вмонтированного в кирпичную печь, должна быть в 4 раза меньше (W
2 100 Вт/час), поскольку мы предполагаем нагреть данный объем воды (90 кг) не за 1 час, а за 4 часа (время приготовления бани).
Тепловая мощность регистра ГВС W (тепловая энергия Q, передаваемая через металлические стенки «змеевика» циркулирующей в нем воде, в течение t = 1 часа) будет прямо пропорциональна:
величине площади поверхности регистра S, м2;
разности средних температур печных газов снаружи регистра между его верхним и нижним концами dТвнеш. средн. = (Твнеш.верх. + Твнеш.низ.)/2, *С;
разности средних температур воды в регистре на его входе (нижний конец трубы, «обратка») и выходе (верхний конец трубы, напорный) dТвнутр.средн.= (Твнутр.верх. + Твнутр.низ.)/2, гр.С.
W = Q/t = a * S * (ΔТвнеш. средн. — ΔТвнутр. средн.), Вт, (4)
где a – коэффициент теплопередачи (теплоотдачи) от горячего воздуха (печных газов, омывающих «змеевик») через стенку стальной трубы регистра ГВС протекающей в нем воде, Вт/м2*гр.С.
Коэффициент теплоотдачи а является сложной функцией, зависящей от большого числа факторов (теплофизических свойств теплоносителей (печных газов и воды), их агрегатного состояния (газ, жидкость), геометрии стенки контакта между теплоностелями, температуры этой стенки, режимов (турбулентный или ламинарный) теплоносителей и их скорости).
Для рассматриваемой системы нагрева воды расчеты показывают, что а
В кирпичных банных печах разработки И.В.Кузнецова температура печных газов под крышей нижнего колпака, объединенного с топливником через «сухой шов» в единое целое, достигает температур порядка 900 — 1000*С.
Температура печных газов в колпаке за стенкой топливника на уровне его (топливника) пода достигает 500-600*С.
Именно в нижнем колпаке кирпичной банной печи за стенкой топливника и размещают регистр ГВС.
Таким образом, можно принять, что в режиме активного горения дров в печи средняя температура, омывающих «змеевик» печных газов, в среднем равна dТвнеш. средн. = ((900-1000)+(500-600))/2 = 700-800*С.
В то же время температура воды, выталкиваемая через верхний напорный патрубок «змеевика» в бак с нагреваемой водой, будет иметь во время нагрева более стабильную температуру, равную 80-90*С.
Температура воды, поступающая из бака с нагреваемой водой в нижний патрубок «змеевика» (по «обратке»), будет постоянно меняться по мере нагрева воды в баке. На первоначальном этапе это будет температура воды равная температуре залитой в бак холодной воды (в нашем случае это 10 *С). По мере поступления в бак все больше порций нагретой воды, температура воды в «обратке» будет неуклонно повышаться и в пределе стремиться к температуре, выходящей из верхнего конца регистра ГВС нагретой воды.
В конце концов, если горение дров в печи прекратиться, а вся вода в системе примет одну и ту же температуру, циркуляция через «змеевик» прекратится.
В общем случае можно принять, что в среднем на этапе активного горения дров температура воды на верхнем напорном конце «змеевика» равняется 80*С, а температура воды, поступающая через «обратку», равна 60*С.
Тогда средняя разность температур воды в регистре ГВС на этапе активного горения дров будет равна (80+60)/2=70ºС.
И вот мы подошли к конечному пункту наших расчетов – определению геометрических размеров «змеевика», способного нагреть за определенное время (4 часа) требуемый объем воды (90 литров) до заданной температуры (90*С).
Все необходимые для расчета величины у нас уже есть.
Итак, наш регистр ГВС должен иметь площадь поверхности равную (см.формулу (4)):
S = W / (a * (dТвнеш. средн. — dТвнутр. средн.)) = 2100 / (14*(800-70))
Принимая во внимание, что труба имеет форму цилиндра, тогда площадь ее поверхности можно представить как:
S = п * D * l, м2, (5)
где п=3,14; D – диаметр «змеевика»,м; l – длина «змеевика»,м.
Имеем две неизвестные – длину регистра ГВС l и его диаметр D.
Верхний конец регистра ГВС, желательно, размещать за стенкой топливника чуть ниже хайла (отверстия в верхней части топливника для выпуска печных газов). Нижний конец регистра ГВС не целесообразно опускать ниже уровня пода топливника.
В банных печах И.В.Кузнецова под топливника находится в 5 ряду внешней кирпичной кладки. Хайло топливника, в зависимости от модели печи», может находиться на уровне 14 ряда кирпичной кладки (модель печи БИК 41), 18 ряда кирпичной кладки (БИК П1 и БИК П2) или, как в случае печи БИК П3 – 24 ряда.
Принято считать, что толщина 1 ряда кирпичной кладки печи с толщиной шва между двумя смежными рядами кирпичей составляет 7 см.
Тогда для модели банной печи периодического действия БИК П1, вполне достаточной для семейной бани, в нижнем колпаке печи у нас имеется пространство высотой в 13 рядов (0,9м) для размещения регистра ГВС.
Глубина внутреннего пространства колпака, где можно разместить регистр ГВС, в указанных печах БИК составляет 1 3/4 кирпича, т.е.
Таким образом, теоретически, в печь БИК П1 можно вставить регистр ГВС П-образной формы с максимальной общей длиной до 1,78 м.
Принимая эту длину «змеевика» для наших расчетов из формулы (5) определим диаметр трубы, из которой должен быть изготовлен этот «змеевик».
Расчеты дают значение диаметра трубы D
Но при этом, при расчетах следует, в обязательном порядке, учесть два фактора.
1-й фактор. Бак с нагреваемой горячей водой, который, как правило, находится в моечной, должен быть теплоизолирован. Это следует сделать, чтобы свести к минимуму теплопотери нагреваемой в баке воды. Если этого не сделать, бак с нагреваемой водой будет своими стенками греть моечную. Интенсивность тепловых потерь будет прямо пропорциональна разности температур нагреваемой воды в баке и температуры воздуха в моечной. Следовательно, за время подготовки бани можно не достичь желаемой температуры нагреваемого объема воды.
2-й фактор. При изготовлении регистра ГВС надо учитывать то, что рано или поздно придется производить его замену в печи на новый. Срок эксплуатации регистра напрямую будет зависеть от марки стали, из которой он изготовлен. Поэтому следует продумать вопрос, каким образом его придется извлекать из печи. Это обстоятельство накладывает ограничения на реальные максимальные размеры данного регистра, а также его геометрическую форму (наличие скругленных углов, наличие дополнительной секции, ввариваемой параллельно вертикальному отрезку «змеевика»).
Примечание. Для изготовления регистра ГВС лучше всего использовать аустенитную хромистую жаропрочную нержавеющую сталь марки 12Х18H9 или 12Х18H10T. В этом случае (при условии обеспечения качественной сварки) он прослужит у Вас без ремонта лет 10 и более!
Итак, подведем черту сказанному.
В результате проведенных расчетов мы выяснили, что семье из 4 человек в бане вполне может хватить 90 литров горячей воды, нагретой до 90ºС. Для этого достаточно иметь бак под горячую воду объемом до 100 литров. В кирпичную банную печь конструкции БИК разработки И.В.Кузнецова достаточно вмонтировать регистр ГВС П-образной формы из металлической трубы диаметром 36 мм и максимальной общей длинной 1,78м.
Руководствуясь изложенными в данной статье подходами, теперь в силах каждого рассчитать под свои запросы для своей бани конструктивные параметры основных элементов такой системы горячего водоснабжения.
Вот и все.
Оригинал статьи http://forum.rusbani.ru/viewtopic.php?t=10361
Русская Печная АртелЪ -Возрождение старинных ремесел. Печные работы под ключ от зонтика до зольника . 89213537822
| GVS-v-BIK2.png | ||||||||||
| Описание: | ||||||||||
| Размер файла: | 104.79 КБ | |||||||||
| Просмотров: | 602 раз(а) | |||||||||
| ||||||||||
 | ||||||||||
| Вафа Зарегистрирован: Пн 19 Октябрь 2015, 16:24 |
| |||||||||
| ||||||||||
| Митрий
Зарегистрирован: Пн 31 Май 2010, 16:38 |
| |||||||||
| ||||||||||
| Селиван Виктор Проектировщик  Зарегистрирован: Сб 2 Январь 2010, 14:33 |
| |||||||||
| ||||||||||
  | Список форумов Форум «Печных Дел Мастера» » Банные печи каменки |  |
| Следующая тема Предыдущая тема Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах Вы не можете добавлять приложения в этом форуме Вы можете скачивать файлы в этом форуме |
Powered by phpBB © 2001, 2002 phpBB Group :: FI Theme :: Часовой пояс: GMT + 3
Проект форум печников «Альянс. Печных Дел Мастера» © 2006-2020
Источник статьи: http://forum.stovemaster.ru/viewtopic.php?t=10228
