Изготовленный своими руками теплообменник будет служить «сердцем» системы отопления дома

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

• носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
• затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
• во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
• газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
• горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
• завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Делаем своими руками

Прежде, чем приступать к изготовлению теплообменника, необходимо определиться с тем какой принцип передачи тепла будет реализован в таком устройстве.

Изготовление пластинчатого теплообменника

Для изготовления такого устройства необходимо приготовить следующие материалы и инструменты:

• сварочный аппарат;
• болгарка;
• 2 листа нержавеющей рифлёной стали толщиной 4 мм;
• плоский лист нержавеющей стали толщиной 4 мм;
• электроды;

Процесс сборки:

1. Из нержавеющей, рифлёной стали нарезаются квадраты со стороной 300 мм, в количестве 31 шт.
2. Затем, из плоской нержавейки нарезается лента шириной 10 мм и общей длиной 18 метров. Данная лента разрезается на отрезки длиной 300 мм.
3. Рифлёные квадраты свариваются друг с другом, полосой 10 мм с двух противоположных сторон, таким образом, чтобы каждая следующая секция была перпендикулярна предыдущей.
4. В итоге, получается 15 секций, обращённых в одну сторону, и 15 в другую в одном корпусе кубической формы. Рифлёная поверхность таких секции позволяет эффективно передавать теплоту от одного теплоносителя другому, при этом, не происходит взаимное перемещение различных или однородных сред.
5. В том случае, когда используется для передачи тепла не воздушная масса, а жидкость, к тем секциям, в которых будет циркулировать вода, приваривается коллектор из нержавеющей стали. Коллектор изготавливается из плоской нержавейки. Для этой цели болгаркой вырезаются прямоугольники: 300 *300 мм – 2 шт; 300 *30 мм – 8 шт. Таким образом, получится комплект, из которого сваривается 2 коллектора, которые напоминают по своей форме квадратную крышку от коробки.
6. В каждом из коллекторовделается отверстие, к которому приваривается патрубок для последующего соединения с трубами отопительной системы или обеспечения горячим водоснабжением.
7. Отверстия на коллекторах делаются у одного из углов а, а при установке их на теплообменник входной патрубок должен быть расположен в нижней части такой конструкции, а выходной – в верхней.

Рассмотренный выше теплообменник устанавливается открытой стороной в систему циркуляции горячих газов.

Таким образом, раскалённый газообразный теплоноситель будет передавать теплоту рифлённым стенкам нержавеющих пластин, которые, в свою очередь, будут нагревать жидкость.

Теплообменник такой конструкции можно использовать для передачи тепла от одной жидкости, к другой. Для этого на открытые части пластин приваривается с 2 сторон стальная рубашка с патрубком вышеописанной конструкции.

Чертеж:

Изготовление водяного теплообменника для печи

Обычная дровяная печь может не только отапливать помещение традиционным способом, но и использоваться для нагрева воды для отопления комнат, в которых данный обогревательный прибор не установлен.

Для изготовления такого устройства понадобятся следующие материалы и инструменты:

• труба стальная диаметром 325 мм, длиной 1 метр;
• труба стальная диаметром 57 мм, длиной 6 метров;
• стальной лист толщиной 4 мм;
• сварочный аппарат;
• электроды;
• газовый резак;
• белый маркер;

Процесс изготовления:

1. Цилиндр из трубы диаметром 325 мм устанавливается вертикально на стальной лист и обводится маркером или мелом.
2. Обведённая окружность вырезается газовым резаком. Затем по получившемуся металлическому блину изготавливается ещё одна окружность такого же диаметра.
3. В каждом из таких блинов вырезается 5 отверстий диаметром 57 мм. Такие отверстия должны быть равноудалены друг от друга, а также от середины блина и его края. Блины привариваются к цилиндру таким образом, чтобы их отверстия располагались напротив друг друга.
4. Труба 57 мм нарезается болгаркой на отрезки длиной 101 см. Необходимо подготовить 5 таких отрезков.
5. Каждый отрезок трубы устанавливается в отверстия таким образом, чтобы края этой трубы на 1 мм выходили из отверстий верхних и нижних “блинов”. Электросваркой отрезки труб свариваются. В результате, получается металлический цилиндр, внутри которого находятся трубы меньшего диаметра. По этим трубам будет проходить горячий воздух и дымовые газы, в результате чего, труба будет нагреваться и через свои стенки передавать тепло жидкости, которая будет находиться внутри цилиндра.
6. Для осуществления циркуляции жидкости внутри металлического цилиндра, в нижней и верхней его части привариваются патрубки. Снизу такой конструкции будет подаваться холодная вода, в верхней – осуществляться забор нагретой таким образом жидкости.

Использование котла на твердом топливе

Отопление для каркасного дома, осуществляемое твердотопливным котлом – лучший вариант для домов без подведенного газа. Он позволяет использовать самое различное сырье для отопления – дрова, торфяные брикеты, отходы производства древесины и бумаги. В котле на твердом топливе происходит сжигание не только самого сырья, а также выделяемого в процессе газа, что позволяет существенно увеличить КПД оборудования.

Принцип работы котла на твердом топливе следующий: по трубам теплообменника в котле производится нагрев воздушной массы, впоследствии попадающей в помещения здания. Процесс конвекции дает возможность в течении короткого времени повысить температуру в доме до требуемых значений.

Оборудование, функционирующее на твердом топливе, поддерживает несколько алгоритмов работы:

• Поэтапный обогрев дома;
• Быстрый нагрев;
• Поддержка заданной температуры в течении 12-15 часов.

Материалы

Трубы

1. Какими трубами можно развести водяное конвекционное отопление?

Температура теплоносителя в автономных системах обычно держится в пределах 75С, а давление не превышает 2,5 кс/см2, поэтому требования к прочности труб и их термостойкости минимальны.

Наиболее популярны:

Полипропиленовые трубы. Как правило, для нужд отопления приобретается армированный алюминиевой фольгой полипропилен. Армирование уменьшает удлинение труб при нагреве с внушительных 6,5 мм/м.пог. (при нагреве на 50 градусов) до скромных 1,5 мм/м.пог.;

Монтаж соединения металлопластиковых труб на пресс-фитингах.

1. Какие трубы укладывать в теплый пол?

Для этой цели чаще всего используют сшитый полиэтилен PEX или термомодифицированный PERT.

Труба PERT для теплого пола.

Трубы обоих типов стойки к нагреву, обладают приемлемой механической прочностью и достаточной для укладки гибкостью. Шаг между витками трубы варьируется от 15 до 20 см, длина одного замкнутого контура не должна превышать 120 метров.

1. Каким должен быть наружный диаметр полимерных или металлополимерных труб отопления?

Для дома умеренной площади (до 200 м2) я бы посоветовал придерживаться следующих значений:

• Подводка к радиатору — 20 мм;
• Разлив с принудительной циркуляцией теплоносителя — 25 мм,

Подводка к радиатору и розлив.

Теплый пол — 16 мм.

В гравитационной системе отопления (работающей за счет естественной циркуляции при нагреве теплоносителя) диаметр розлива нужно увеличить до 40 — 50 мм. Инструкция связана с низким гидравлическим напором в контуре; для того, чтобы обеспечить приемлемую скорость циркуляции воды, гидравлическое сопротивление труб должно быть минимальным. А оно, как известно, обратно пропорционально внутреннему диаметру трубы.

Радиаторы

1. Какие радиаторы лучше купить для автономного контура?

Алюминиевые секционные. Очень демократичная стоимость секции (от 280 рублей) сочетается с отличной теплоотдачей (до 205 ватт на секцию). Прочность радиаторов и их термостойкость с избытком достаточны для автономной системы отопления.

Алюминиевые радиаторы: максимум эффективности при разумной цене.

1. Как рассчитать нужное количество секций?

Их суммарное количество рассчитывается простым делением номинальной мощности источника тепла (котла или теплового насоса) на паспортную мощность одной секции. Мощность отопительного прибора для отдельного помещения можно грубо оценить из расчета 40 ватт тепла на кубометр отапливаемого объема. Скажем, для комнаты размером 4х5х3 метра нужно 4*5*3*40=2400 ватт тепла, или 2400/200=12 секций с номинальной тепловой мощностью 200 ватт.

Здесь есть одна тонкость. Производители всегда указывают мощность секций и отопительных приборов для дельты температур между теплоносителем и воздухом в 70 градусов; то есть при +20 в комнате для получения номинального теплового потока батарея должна быть нагрета до 90С.

На практике температура теплоносителя в автономном контуре заметно ниже. Скажем, при +25 в комнате и +60 на поверхности радиатора дельта температур будет равна всего 35 градусам, а тепловая мощность секции уменьшится ровно вдвое — до 100 ватт.

Для автономного отопления нехарактерны высокие температуры теплоносителя.

Дополнительное оборудование

1. Что, кроме котла, труб и радиаторов, необходимо для монтажа водяной системы отопления?

В закрытой системе с принудительной циркуляцией обвязка котла должна включать:

• Циркуляционный насос (желательно — с регулировкой производительности);
• Автоматический воздухоотводчик для удаления воздушных пробок при запуске контура;
• Расширительный бак, компенсирующий увеличение объема теплоносителя при нагреве. Как правило, объем бачка берется равным 1/10 объема теплоносителя в системе;
• Предохранительный клапан для сброса давления при перегреве или закипании теплоносителя;
• Манометр для контроля давления.

Группа безопасности котла — манометр, воздушник и предохранительный клапан.

В открытой гравитационной системе единственное дополнительное приспособление — открытый расширительный бак. Он выносится в верхнюю точку контура и используется не только по прямому назначению, но и отвода воздуха, и для заливки в контур воды.

Отдельные радиаторы снабжаются отсекающими шаровыми кранами, дросселями или термоголовками. Запорно-регулирующая арматура позволяет при необходимости отключить прибор, не останавливая весь контур, или уменьшить его теплоотдачу.

Если радиатор расположен выше розлива, в его верхней пробке должен быть установлен кран Маевского или автоматический воздухоотводчик.

Кран Маевского для ручного стравливания воздуха.

Жидкости для промывки теплообменников

Вне зависимости от выбранного способа очистки, вам потребуется промывочный реагент. Подходить к выбору жидкости для промывки следует с умом, так как некоторые из них могут повредить и даже вывести из строя теплообменник вашего газового котла. Давайте рассмотрим в каких случаях подойдут те или иные растворы:

Соляная кислота

Для очистки теплообменников из меди или нержавеющей стали с успехом применяется водный раствор соляной кислоты с концентрацией 2-5%. Защитить металл, не препятствуя при этом растворению окислов и карбонатов, помогают специальные добавки – ингибиторы. Промывка соляной кислотой это удел профессионалов, отдающих отчет своим действиям при работе с этим агрессивным реактивом. Самостоятельно, в домашних условиях, проводить очистку теплообменника газового котла этим средством без четкого понимания происходящих процессов крайне не рекомендуется.

Сульфамновая кислота

Промывка теплообменника сульфаминовой кислотой особенно эффективна для устранения налетов содержащих оксиды металлов. Это средство очистки безопасно для любых материалов и может с успехом применяться в домашних условиях. Состав для промывки теплообменника включает в себя 2-3% водный раствор сульфаминовой кислоты и ингибиторы коррозии.

Ортофосфорная кислота

Промывка ортофосфорной кислотой эффективна для теплообменников газовых котлов всех типов. Это средство очистки не только отлично удаляет накипь и загрязнения, но и не причиняет никакого вреда металлу и даже создает защитную пленку. Для получения эффективного регента необходимо развести ортофосфорную кислоту в воде до получения 13% раствора.

Лимонная кислота

Раствор лимонной кислоты при температуре 60°C отлично удаляет накипи и окисления, при этом не затрагивая металл теплообменника.

Как сделать теплообменники своими руками?

Теплообменник – устройство, предназначенное для эффективной передачи тепла от одного теплоносителя другому.

Такой процесс может быть осуществлён несколько раз в одной системе, ведь частным случаем теплообменника является и радиатор отопления, и газовый или электрический котёл.

Наиболее распространённая модель теплообменника, используемая в системе отопления, представляет собой 2 металлические ёмкости, которые подобно матрёшке находятся одна в другой, и через металлическую стенку производят передачу тепла.

Достоинства такого механизма заключается в том, что благодаря герметичной конструкции не происходит взаимное перемешивание однородных сред, а при использовании разных по физическим свойствам теплоносителей не происходит перемешивания.

Включается, но не греет

Второй по популярности считается поломка, когда вентилятор включается, но не греет. В этом случае основной причиной поломки считается нагревательный элемент, который вышел из строя. Проверьте это устройство с помощью мультиметра и, если цепь разорвана, тогда замените устройство. Иногда может возникнуть обрыв определенной части спирали. В этом случае вам необходимо соединить нихромовую спираль. При необходимости прочтите про опасность инфракрасных обогревателей для человека.

Также достаточно часто из строя может выйти биметаллический терморегулятор. Для выполнения его ремонта вам необходимо самостоятельно зачистить контакты до металлического цвета. При нагревании терморегулятор должен разомкнуть цепь и при остывании должен замкнуть ее. Если устройство работает неправильно, тогда вам необходимо попробовать самостоятельно замкнуть регулятор температуры. Если он будет рабочий, тогда будет происходить нагрев спирали.

Принцип работы

Без медного теплообменника не обходится ни одна отопительная система котлов. Принцип работы прост. Вода начинает циркулировать по змеевикам в трубах, нагревается, течет в трубопровод системы, в радиаторы, из которых возвращается назад, в уже остывшем виде.

В частных домах теплообменник устанавливают в целях превращения печки в водонагревательный котел

При самодельном устройстве важно учитывать размер и форму, чтобы обменник сочетался с габаритами камеры печки

К обменнику подключаются радиаторы, трубопровод, трубы нагреваются равномерно, тепло распределяется по всему дому.

Изготовление геотермальной установки

Изготовить геотермальную установку своими руками вполне возможно. При этом для обогрева жилища используется тепловая энергия земли. Конечно, это трудоемкий процесс, но и выгода при этом получается существенная.

Расчет контура и теплообменников насоса

Площадь контура для ТН составляется из расчета 30 м² на каждый киловатт. Для жилого помещения площадью 100 м² нужно около 8 киловатт/час энергии. Значит площадь контура будет составлять 240 м².

Теплообменник можно сделать из медной трубки. Температура на входе 60 градусов, на выходе 30 градусов, тепловая мощность 8 киловатт/час. Площадь теплового обмена должна быть 1,1 м². Медная трубка диаметром 10 миллиметров, коэффициент запаса 1,2.

Длина окружности в метрах: l = 10 × 3,14 / 1000 = 0,0314 м.

Количество медной трубки в метрах: L = 1,1 × 1,2 / 0,0314 = 42 м.

Необходимое оборудование и материалы

Во многом успех при изготовлении ТН зависит от степени подготовленности и знаний самого исполнителя, а также от наличия и качества всего необходимого для монтажа теплового насоса.

Перед началом работ нужно приобрести оборудование и материалы:

• компрессор;
• конденсатор;
• контроллер;
• полиэтиленовые фитинги, предназначенные для сборки коллекторов;
• труба на земляной контур;
• циркуляционные насосы;
• водопроводный шланг или труба ПНД;
• манометры, термометры;
• трубка медная диаметром 10 миллиметров;
• утеплитель для трубопроводов;
• комплект уплотнений для герметизации.

Как собрать теплообменный блок

Теплообменный блок состоит из двух составных частей. Испаритель нужно собрать по принципу «труба в трубе». Внутренняя медная трубка заполняется фреоном или другой быстро закипающей жидкостью. По наружной циркулирует вода из скважины.

Обустройство грунтового контура

Для того чтобы подготовить необходимую площадь для грунтового контура, требуется выполнить большой объем земляных работ, которые желательно проводить механизированным способом.

Можно использовать 2 метода:

1. При первом способе необходимо снять верхний слой грунта на глубину ниже его промерзания. На дно получившегося котлована уложить змейкой свободную часть наружной трубы испарителя и произвести рекультивацию почвы.
2. Во втором способе нужно сначала прокопать траншею по всей планируемой площади. В нее укладывается труба.

Затем нужно проверить герметичность всех соединений и заполнить трубу водой. Если протечек нет, можно засыпать конструкцию землей.

Заправка и первый запуск

После окончания монтажа необходимо заполнить систему хладагентом. Данную работу лучше всего поручить специалисту, потому что для заправки внутреннего контура фреоном применяются специальные приборы. При заполнении нужно замерить давление и температуру на входе компрессора и на выходе.

После окончания заправки нужно включить оба циркуляционных насоса на самую низкую скорость, затем запустить компрессор и контролировать работу всей системы по термометрам. При прогреве магистрали возможно обмерзание, но после полного прогрева системы обмерзание должно растаять.

Виды отопления

За многовековую историю человечеством изобретено множество самых разных способов обогрева, все их просто перечислить будет достаточно затруднительно, но некоторым из них необходимо отметить особо.

Печное отопление

Один из древнейших способов обогрева жилища. Наиболее популярен в местах, расположенных, как говорится, в «глубинке». Отличается простотой, доступностью и достаточно большой универсальностью относительно выбора вида топлива, а также других, дополнительных способов использования печей.

Печное отопление

Воздушное отопление

В достаточной мере популярный вид обогрева жилища. Может быть выполнен как:

• централизованный, когда горячий воздух по системе воздуховодов подается в различные помещения из какого-то единого центра;
• местный, путем установки специальных отопительных приборов, типа печей Буллерьяна, Бутакова и других аналогичных, способных обогревать отдельные помещения.

Схема воздушного отопления

Подобный способ позволяет обеспечить быстрый прогрев помещений, но не касаясь всех его достоинств и недостатков, необходимо отметить уменьшение содержания кислорода в нагреваемом воздухе. Печное отопление можно считать одним из видов воздушного.

Электрическое отопление

Универсальное, общедоступное отопление. Позволяет применять автоматизированные средства контроля за температурой, отличаясь при этом достаточно высокой эффективностью. Основной вопрос, связанный с использованием подобного способа обогрева, – стоимость электроэнергии.

Электрический котел

Водяное отопление

Один из часто применяемых способов обогрева жилых помещений. Может считаться универсальным видом отопления как по видам топлива, так и по возможностям. В этом плане стоит отметить, что он может быть реализован как с помощью специальных отопительных приборов (радиаторы отопления, конвекторы и др.), так и с помощью так называемых «теплых полов».

Схема водяного отопления

Внутреннее утепление

Утепление каркасного дома изнутри:

• создает комфортный микроклимат внутри здания;
• улучшает звукоизоляцию;
• сокращает расходы на отопление.

Внутренние работы по утеплению здания практически идентичны наружному методу. Они включают в себя следующую последовательность действий:

• Фиксация гидроизоляции.
• Установка обрешетки.
• Укладка утеплителя.
• Установка пароизолирующего материала.
• Обшивка.

В некоторых случаях, для нормального утепления «каркасника» вполне достаточно сделать теплоизоляцию между обшивкой. Если же ваше жилье располагается в регионах с суровым климатом, можно организовать дополнительную защиту от мороза снаружи.

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.

Конструкция и монтаж

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде регистра – решетки из гладко сваренных труб. Это наиболее распространенная конструкция. Однако ее можно упростить, сделав в виде бака, в форме цилиндра или прямоугольника. Основное условие – достаточная площадь для осуществления процесса обмена жидкости.

При изготовлении нагревательного элемента требуется соблюдение следующих правил:

1. Во избежание закипания воды внутренний объем труб должен быть не менее 50 мм.
2. Металл не должен прогорать, поэтому его рекомендуемая толщина составляет минимум 3 мм.
3. При нагреве металл имеет способность расширяться, этот момент следует учесть, предусмотрев расстояние между стенами топки и нагревательным элементом.

Процесс установки нагревательного элемента состоит из нескольких простых действий:

• на дно топочной емкости печи уложить теплообменник;
• в печи предусмотреть отверстия для труб.