- Строим русскую баню по уму
- Расчет системы горячего водоснабжения для бани
- Горячая вода в бане через теплообменник
- Как нагреть воду в бане
- Электрический водонагреватель для бани
- Газовый водонагреватель
- Дровяные водонагреватели
- Как нагреть воду в бане от печи
- Нагрев воды в бане через теплообменник
- Водонагреватель для бани на трубу
- Встроенный или прикрепленный к печи водный бак
- Горячая вода в бане своими руками: схемы
- Заключение
Строим русскую баню по уму
Расчет системы горячего водоснабжения для бани
Просмотров: 6 105
Приведем расчет основных элементов автономной системы для нагрева воды в русской бане с кирпичной печью.
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 42-45ºС), 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
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.=38ºС возьмем 2 ведра (24 литра = mх.в.= 24кг) холодной воды с температурой Тх.в.=10ºС. Горячая вода в баке должна иметь температуру Тг.в.=90ºС.
Из уравнения (1) следует, что нам для этих целей потребуется mг.в.=12,9 кг (
1 ведро) горячей воды с температурой Тг.в.=90ºС.
Таким образом, на семью из 4 человек потребуется 4*12,9=51,6 кг (литра) горячей воды с температурой 90ºС.
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 ºС до температуры 90ºС 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*ºС); m – масса воды,кг; Тг.в. и Тх.в. –температура горячей и холодной воды, ºС.
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, м 2 ;
- разности средних температур печных газов снаружи регистра между его верхним и нижним концами ΔТвнеш. средн. = (Твнеш.верх. + Твнеш.низ.)/2, ºС;
- разности средних температур воды в регистре на его входе (нижний конец трубы, «обратка») и выходе (верхний конец трубы, напорный) ΔТвнутр.средн.= (Твнутр.верх. + Твнутр.низ.)/2, ºС.
W = Q/t = α * S * (ΔТвнеш. средн. — ΔТвнутр. средн.), Вт, (4)
где α – коэффициент теплопередачи (теплоотдачи) от горячего воздуха (печных газов, омывающих «змеевик») через стенку стальной трубы регистра ГВС протекающей в нем воде, Вт/м 2 *ºС.
Коэффициент теплоотдачи α 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 α
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 — 1000ºС.
Температура печных газов в колпаке за стенкой топливника на уровне его (топливника) пода достигает 500-600ºС.
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 ΔТвнеш. средн. = ((900-1000)+(500-600))/2 = 700-800ºС.
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 80-90ºС.
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 ºС). 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 80ºС, а температура воды, поступающая через «обратку», равна 60ºС.
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 (90ºС).
Все необходимые для расчета величины у нас уже есть.
Итак, наш регистр ГВС должен иметь площадь поверхности равную (см.формулу (4)):
S = W / (α * (ΔТвнеш. средн. — ΔТвнутр. средн.)) = 2100 / (14*(800-70))
Принимая во внимание, что труба имеет форму цилиндра, тогда площадь ее поверхности можно представить как:
S = π * D * l, м 2 , (5)
где π=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 ¾ 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.
Источник статьи: http://inforusbani.ru/vodosnabzhenie/raschet-sistemy-goryachego-vodosnabzheniya-dlya-bani.html
Горячая вода в бане через теплообменник
Горячая вода в бане – важный аспект обустройства парной. Горячее водоснабжение должно быть достаточным и, желательно, малозатратным. Греть воду можно самыми разными способами, которые нетрудно реализовать собственными силами.
Как нагреть воду в бане
Греть воду в бане можно несколькими способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего, выбор нагревателя зависит от конкретных условий, необходимости в том или ином количестве горячей воды, объема банного помещения и финансовых затрат.
Горячую воду можно получить следующим образом:
- греть от кирпичной или металлической печи;
- подогревать электрическим нагревателем;
- греть газовым нагревателем;
- использовать дровяной нагреватель.
Все перечисленные выше способы греть воду – очень эффективные, но для их реализации необходимым условием является обязательная централизованная подача проточной воды, наличие водопровода.
Электрический водонагреватель для бани
Электрические нагреватели бывают накопительными и проточными. Использование обоих видов приборов в банном помещении приемлемо и обоснованно. Однако отзывы пользователей о них прямо противоположные – кто-то считает, что проточным нагревателем проще греть воду, а кому-то для этой цели больше нравятся накопительные.
Накопительные бойлеры имеют довольно внушительные размеры, особенно если речь идет о приборах с объемом 100 л и более. Поэтому для маленьких бань – это не самый разумный метод греть воду. Есть и еще одна немаловажная проблема с накопительным водонагревателем. В зимний период, когда баня протапливается лишь периодически, вода в бойлере и вся система может промерзнуть.
Эту проблему можно решить тремя способами:
- Греть воду в бане, используя модель накопительного бойлера с постоянным поддержанием минимальной температуры. Однако и здесь есть свои минусы – нежелательный перерасход электричества и риск его внезапного отключения.
- Сливать горячую воду с накопительной емкости и всей системы после каждого использования. Мера довольно трудоемкая, но зимой во избежание промерзания водяной системы, вполне оправданная.
- Использовать накопительные нагреватели только в отапливаемых помещениях или решить проблему отопления всеми возможными способами.
Проточные нагреватели быстро греют воду и компактны по размеру. Мощные модели подают горячую воду с высокой температурой и такие приборы хороши для местности с развитой стабильной электропередачей. На дачных участках мощность сети, как правило, ограничена до 5 кВт, поэтому приходится использовать электроприборы малой и средней мощности.
Для продуктивной работы проточных водонагревателей немалое значение имеет давление (напор) воды. Все модели проточных нагревателей рассчитаны на определенное количество Па (это оговаривается в паспорте к электроприбору).
В использовании проточных приборов есть небольшие сложности, которые нужно учитывать при монтаже оборудования. В зимнее время жидкость в бойлер подается очень холодная и, зачастую он просто не успевает греть воду до оптимальной температуры. Эту проблему можно разрешить, если установить запорные краны перед входом и после выхода воды из нагревателя. При помощи такого регулирования в нагревателе создается достаточное давление, а автоматика устройства помогает разрешить вопрос с температурой нагрева горячей воды.
Газовый водонагреватель
Самый простой способ греть воду в бане – использование газового нагревателя, проще говоря, обычной проточной колонки. С ней не будет недостатка в количестве горячей воды, она имеет режим работы «лето-зима» и очень экономична.
Однако с газовыми нагревателями тоже есть свои «но». Подвод газовой магистрали к бане – дело весьма хлопотное и дорогостоящее. Для владельцев садовых участков и дач возможность проведения газовых коммуникаций вообще сводится к нулю. Для коттеджных поселков и местности с уже имеющимся газопроводом – это возможно, но слишком затратно.
Дровяные водонагреватели
Дровяной водонагреватель (титан) может быть единственным способом греть воду для бани, где нет электричества. По сути – это тот же котел для кипячения, как в вагоне поезда дальнего следования. Конструкция нагревателя проста: снизу прибора находится топка, а верхняя часть – емкость для горячей воды.
Титан имеет стальную топку с чугунным колосником. Форма водонагревателя – высокий цилиндр, но бывают модели вытянутого прямоугольника. Сверху дровяного титана находится труба дымохода, через которую дым и продукты горения из топки попадают наружу.
Такие нагреватели топят древесными отходами, щепой, обрезками, стружкой, опилками. Углем дровяные водогрейки топить не рекомендуется, так как продолжительность горения у него совсем иная. Объем подогреваемой в титане жидкости – от 80 до 90 л.
Современные дровяные титаны имеют входные клапаны набора холодной воды, смесители и выходы горячей воды через душ. При использовании таких нагревателей зимой, если баня никак не отапливается, водяную емкость нужно обязательно сливать после каждого использования. А летом, при среднесуточной плюсовой температуре, бак всегда должен быть заполнен.
Как нагреть воду в бане от печи
Организовать нагрев воды в бане с кирпичной печью можно с помощью чугунной плиты над ней. Емкость для горячей воды устанавливают непосредственно на саму плиту, она может быть круглой или квадратной, с подачей воды для заполнения бака от входящей водяной трубы и забором горячей воды через кран.
Можно греть воду и без подвода к ней водяных труб. В этом случае для каждой протопки парной следует сделать запасы холодной воды в предбаннике, и заполнить водяной бак ручным способом до розжига печи.
Этот способ греть воду достаточно прост, но в нем есть существенные недостатки:
- трудоемкость подготовки;
- повышенная влажность от кипения при продолжительной топке;
- риск обжечься о нагретые стенки печи и бака.
Греть воду от печи можно разными способами. Это зависит от вида самой печи, наличия подведенных к бане водяных труб, финансовых возможностей хозяина и его желания приложить те или иные усилия.
Нагрев воды в бане через теплообменник
Оптимальным вариантом подогрева воды в бане является способ нагрева с помощью теплообменника. Сделать конструкцию для нагрева через теплообменник можно несколькими способами.
В кирпичной печи теплообменником может стать многосекционная чугунная батарея или регистр, сваренный из стальной толстостенной трубы. Теплообменник монтируется в специальную полость печи с раздельными входными и выходными клапанами. При разогреве печи вода в обменнике становится горячей и выдается через водяной кран по мере необходимости.
В случае с металлической печью все гораздо проще. Для того чтобы греть воду такой печью, используют несколько видов теплообменников:
- внешний теплообменник (располагается в непосредственной близости к топке или над ней);
- внутренний теплообменник (располагается в самой топке);
- теплообменник на дымовыводящей трубе (располагается на трубе дымохода над резервуаром с камнями).
Водонагреватель для бани на трубу
Для нагрева воды в бане используются баки, расположенные на трубе. Они могут иметь прямоугольную, квадратную или цилиндрическую форму и жестко крепиться на трубе дымохода печи. Водонагреватели на трубу универсальны, их используют в дровяных печах и в газовых котлах. Водяные баки на трубе небольшие (в оптимальном варианте до 80 л) и могут вписаться даже в маленькую по размеру баню.
Баки на трубе дымохода располагают над печью достаточно высоко, поэтому отпадает надобность подкачивать горячую воду насосом – она просто идет самотеком. Водяная емкость может занимать всю длину трубы, от самой каменки до потолка. Это увеличивает площадь получения горячей воды и КПД теплообменника.
Конструкция водяного бака на трубе должна иметь усиленное крепление на печи и выводящем дымоходе на потолке, так как заполненный горячей водой бак имеет большой вес. Обычное мягкое крепление дымохода в области потолочного перекрытия здесь не подходит, поэтому для крепежа лучше всего использовать специальные кронштейны для дымохода.
Встроенный или прикрепленный к печи водный бак
Еще один вариант греть воду – водяной бак, вмонтированный в конструкцию печи или расположенный сбоку от нее.
Встроенный бак – это довольно сложная конструкция, которая должна быть продумана до осуществления кладки кирпичной печи. Оптимальным решением здесь может стать специальная ниша или углубление в печи для расположения водяного бака с входными и выходными клапанами заборами горячей воды. Следует отметить, что для такой конструкции бак должен быть долговечным (желательно из нержавеющей стали), с толстыми стенками и двойными проварами швов. В противном случае, при обнаружении течи, нужно будет разбирать всю конструкцию печи.
Прикрепленный сбоку к печи водяной бак – менее энергозатратный способ греть воду. Он часто используется в банях с металлическими печами, которые комплектуются вместе с водяными баками. Так как стальной или чугунный корпус печи обладает хорошей теплопроводностью, вода в емкости быстро греется, а при необходимости бак легко пополнить заново (централизованно или вручную).
Горячая вода в бане от печки (схема расположения водяного бака представлена ниже) – несложная задача для хорошего хозяина.
Горячая вода в бане своими руками: схемы
Греть воду в бане не представляет особых хлопот. Однако, чтобы все хорошо функционировало и горячей воды было достаточно, нужно придерживаться правильной организации системы нагревания и подачи воды.
Схема водоснабжения бани через теплообменник с баками холодной и горячей воды на крыше бани помещена ниже.
Схема нагрева воды в бане – водяной бак на трубе плюс выносной бак, а также водяной бак «самоварного» типа.
Схема самодельного дровяного водонагревателя.
Схема организации горячей и холодной воды в бане с металлическим котлом и теплообменником.
Схема системы горячего водоснабжения в бане с теплообменником «регистр» и выносным баком.
Заключение
Горячая вода в бане – самая первая задача для любого хозяина. Процесс водоснабжения и нагрева воды можно наладить собственными руками. Это несложно, если с умом вникнуть в суть вопроса и руководствоваться вышеуказанными рекомендациями и проверенными схемами.
Источник статьи: http://2proraba.com/banya/goryachaya-voda-v-bane-cherez-teploobmennik.html
