Печь для бани с водяным контуром: разновидности конструкций и их отличительные особенности

Выбор оборудования для теплоснабжения бани

Конструкция банной печи

Современная печь для бани и отопления может быть нескольких видов. Но независимо от этого конструкция должна выполнять свои основные функции – нагрев парилки и теплоносителя в системе теплоснабжения.

Есть несколько возможностей на практике реализовать эту систему. Если в бане уже стоит кирпичная печь – можно выполнить ее модификацию. Для этого понадобится следующее:

• Адаптированный к топке теплообменник. Чаще всего это самодельная конструкция, изготавливаемая по заказу согласно расчетным размерам. Для этого применяют жаропрочную сталь толщиной не менее 2 мм;
• Газовая горелка. Ее размеры должны быть адаптированы к габаритам камеры сгорания печи для бани и отопления. В противном случае придется перестраивать конструкцию топки.

Лучше всего выбирать модели с модуляцией пламени, так как они могут плавно изменять мощность работы, тем самым регулируя степень нагрева каменки и теплоносителя.

Для полноценного отопления мансарды бани или второго этажа здания рекомендуется приобрести заводской газовый котел с теплообменным устройством. Такие модели характеризуются надежной работой, высоким показателем КПД и безопасностью.

Перед установкой газового отопления в бане предварительно рассчитывается мощность котла. Производители обычно указывают максимальный и минимальный объем парилки для каждой модели. Однако помимо этого нужно сделать водяное отопление в предбаннике и других помещениях. Поэтому к номинальной мощности следует дополнительно учитывать площадь всей бани. Учитывая хорошую теплоизоляцию можно воспользоваться формулой:

Где W – дополнительная мощность, Вт, Qб – общий объем бани, м³, Qп – объем парилки, м³.

Для примера рассчитаем дополнительную мощность комбинированной печи для отопления и парилки. Общий объем здания составляет 162 м³. Этот же показатель парилки равен 24 м³. Тогда требуемая дополнительная мощность будет следующей:

W=(162-24)*41=5658 Вт или 6 кВт.

Кроме этого при установке газового отопления бани нужно учитывать стоимость оборудования. Все зависит от выбранной схемы, мощности и бюджета.

Для зимнего отопления бани рекомендуется установка полноценной системы теплоснабжения. В особенности это актуально для регионов с низкой температурой в зимний период. Но кроме этого учитывают специфику монтажа отопительной системы.

Длина дымохода должна быть не менее 4 м. Только такой минимальный показатель может обеспечить нужный уровень тяги.

Конструкция жидкостного теплообменника

Данный агрегат представляет собой обычный змеевик с водой, который контактирует с внешней поверхностью дымохода. Тонкие трубки вставляют в металлический корпус и изолируют при помощи базальтовой ваты. В качестве материала для изготовления трубок для теплоносителя используется медь. Она имеет высокий коэффициент теплопроводности, что позволяет максимально уменьшить диаметр трубопровода.

Змеевик непосредственно подключают к отопительной системе и устанавливают на дымоотвод. В верхней точке агрегата должен находиться специальный бачок, который предназначен для забора, расширившейся от нагрева, жидкости.

Жидкостный теплообменник

КАК ИЗГОТОВИТЬ ТЕПЛООБМЕННИК(ЗМЕЕВИК)

Принцип работы жидкостного теплообменника:

• от воздействия высокой температуры, которая образуется внутри дымохода, жидкость в трубопроводе нагревается;
• горячая вода расширяется, отчего движется по змеевику и самотеком попадает в радиатор отопления;
• в отопительном приборе горячая жидкость вытесняет холодную;
• процесс повторяется сначала. Холодная вода обратно попадает в теплообменник, где снова нагревается.

Несмотря на высокую продуктивность данного агрегата, он имеет много недостатков. В первую очередь жидкостный теплообменник достаточно сложно установить, нужно постоянно производить контроль работы отопительной системы, наблюдать за показателями давления. Такую установку нельзя использовать в зимний период, когда жидкость в змеевике может замерзнуть. Также можно получить обратный эффект, когда из-за сниженной температуры в дымоходе уменьшается тяга, что влечет увеличение объема дров для получения определенного количества тепла.

Как сделать теплообменник самостоятельно?

Покупать дорогие изделия из нержавейки для эксплуатации в бане нецелесообразно. Теплообменник для печи в бане можно легко изготовить самостоятельно. Как сделать теплообменник банной печи своими руками? Пошаговая инструкция будет ниже.

Материалы и инструменты

Какие материалы имеют для теплообменника печи в бане первостепенное значение? Зависит от того, сколько воды нужно нагреть. Вот примерный список того, что понадобится:

• металлический лист, толщина 2-3 мм — S=2*(0,40*0,80+0,40*0,20)+0,80*0,20 = 2*(0,32+0,08)+0,16 = 0,96 м2
• кран Ø32 мм — 2 шт.
• обратный клапан Ø32 мм — 1 шт.
• фитинги Ø32 мм— 6 компл.
• патрубки Ø32 мм — 6 шт.
• вентиль Ø32 мм (для слива) — 1 шт.
• труба металлическая, гофрированная Ø32 мм — 3 м.
• труба Ø32 мм (холодный водопровод) — по необходимости.
• уплотнительный шнур для герметизации соединений — 1 упак.
• электроды — 1 пачка.

Какой инструмент используется? Вот список:

• сварочный инвертор;
• «болгарка»
• прочие инструменты.

Расчет размеров

Мощность нагревателя должна соответствовать мощности самой печи. Рекомендуют сделать теплообменник, руководствуясь следующим:

1. Теплообменник не должен потреблять больше 10% от мощности самой печи. В таком случае, мощности печи хватит и на обогрев помещения. Топливо будет расходоваться максимально эффективно. Время нагрева не увеличится.
2. Суммарная длина труб не должна превышать 3 метра. Нужно сделать необходимый уклон, который составляет 2500 на прямой подаче, а на обратной — больше 300 в сторону печки. Так теплоноситель будет эффективно подаваться самотеком. В противном случае, не обойтись без насоса.
3. Воды должно быть достаточно. Она должна нагреваться не более двух часов, но не закипать. Если сделать бак слишком малого объема, теплоноситель очень быстро закипит. Если котел находится непосредственно в парилке, мыться там будет очень тяжело. Тяжелый пар заполнит помещение и нормально дышать станет невозможно. При слишком большом объеме бака из металла, теплоноситель может и вовсе не нагреться.
4. Не забудьте, что когда печь прогорит, вода все же какое-то время должна оставаться горячей. Поэтому, нужно заложить необходимый запас мощности.

Учитывая все вышесказанное, попробуем подобрать оптимальный теплообменник из металла. Принимаем, что для прогрева воздуха в бане нужно 5 кВт. Тогда мощность теплообменника из металла составит 10 кВт, а его площадь — 1 м2. На возможные теплопотери отнесем 3 кВт. Тогда монтаж 1 м2 теплообменника даст нам 7кВт энергии. Время нагрева воды — 2 часа. Тогда требуемую площадь теплообменник определим по формуле: S = 1/7*W, где

W = 0,00117*V*(tk-tн) /T= 0,00117*65*(70-10) /2= 2,3кВт, отсюда S = 1/7*W=1/7*2,3 = 0,33 м2, где S — требуемая площадь теплообменника, м2;

W — требуемая мощность теплообменника, кВт (важно определить ее правильно); V — объем воды, которую надо нагреть, принимаем 65 л (достаточно для 4-х человек); tk – требуемая температура воды, принимаем 700С (оптимальная температура горячей воды); tн – изначальная температура воды, принимаем 100С. Требуемая мощность печи — 5+2,3 = 7 кВт. 0,3 кВт можно не учитывать, т

к. 10% от изначальной мощности печи — допустимая потеря (0,3кВт

0,3 кВт можно не учитывать, т. к. 10% от изначальной мощности печи — допустимая потеря (0,3кВт

Инструкция по изготовлению

1. Правильно изготовим 2 бака для воды: один лучше делать в форме цилиндра (для теплообменника), второй — прямоугольный (выносной). Размеры рассчитываем индивидуально, исходить лучше из расчета выше и собственных потребностей.

   Варианты конструкций

2. Изготавливаем змеевик, устанавливаем в бак.

   Пример конструкции змеевика 1

   Пример 2

   Пример 3

   Пример 4

3. Наполняем водой и испытываем в течении 6 часов. Все швы должны быть герметичны, отпотин и утечек быть не должно. Содержание воды в баке при отрицательной температуре запрещено.
4. Привариваем 2 патрубка для прямой и обратной (нижней) подачи, чтобы организовать циркуляцию.

Правила установки теплообменника на банную печь

Необходимо руководствоваться следующими правилами:

Теплообменник обязан потреблять не более 10% от общей энергии, производимой печью, тогда последняя будет функционировать с хорошим КПД.
Трубы нужно прокладывать так, чтобы вода шла самотеком, то есть под 250-градусным уклоном на прямой подаче и 30-градусным – на обратной.
Важно заложить запас мощности на остывание после прогорания топлива.
Требуется обеспечить достаточный объем воды для каждой отдельной модели, ведь если ее будет слишком мало, она быстро закипит, что чревато образованием отложений на стенках и возникновением пожароопасной ситуации, а если чересчур много, придется долго ждать, прежде чем принять душ.

Как подключить теплообменник, если бак находится в парной:

• Вход в бак горячей воды должен быть как min на 5 см выше, чем верхний штуцер регистра. Это нужно для лучшей циркуляции.
• Верхний регистр от 1,4-1,5 м от пола, это при том, что подиум под печь составляет 15 см. Низ бака в парной должен быть не ниже 1,5 м, а лучше выше.
• Если бак высотой 0,5 м, то тогда мы имеем в сумме установку 2,0 м. Значит до потолка еще полметра. И тут возникает вопрос: как заливать жидкость. Если есть водопровод, то вода будет поступать без проблем.

Второй вариант подключения: бак ставим ниже, а штуцер для подводящего контура ставим сбоку. Но есть нюанс, если уровень воды будет ниже верхнего штуцера, циркулирования не будет. В теплообменнике она будет стоять и периодически доходить до кипения, а в баке она так и будет прохладной.

Если требуется разместить бак в помывочной, следует соблюдать те же принципы, что и при его расположении в парной.

Расчет площади

При расчете площади теплообменника строгих рамок не существует. Исходить следует из полезной площади банного помещения или того места, которое он будет отапливать. При установке в парилке и использовании только для получения горячей воды можно установить и маломощную конструкцию.

Если теплообменник будет выноситься наружу и необходимо, чтобы он еще и обогревал помещение, то он должен обеспечивать 5 кВт на 1 квадрат полезной площади помещения. Если он рассчитан не на отопление, а на расход воды, то объем может варьироваться. Средний расход воды может быть до 50 кубических метров на человека. Однако с увеличением объема увеличивается и время нагрева.

При установке бака в печь необходимо помнить, что он не должен остужать камни. Поэтому он должен быть такого размера, чтобы не забирать все тепло от камней, а греться вместе с ними.

Особенности эксплуатации

После установки теплообменивающего устройства необходимо ознакомиться с правилами его эксплуатации. Это продлит срок службы изделия и научит вас правильно пользоваться устройством:

1. Все соединения, к которым крепится теплообменивающее устройство, должны иметь возможность двигаться, благодаря этому на устройство не будут действовать высокие температуры, а также снизится риск деформации изделия
2. Материал уплотнителя должен быть устойчив к влиянию высоких температур
3. Резервуар должен нагреваться не более чем за 2 часа
4. Теплообменник должен полностью подходить к конкретной модели отопительного оборудования
5. Потребление энергии теплообменника должно быть не более 10% от отопительной печи.

Какие материалы используются

Бак для бани изготавливается из металла, но конкретный материал выбирается с учетом финансовых возможностей, объема и особенностей прогрева. Наибольшую популярность имеют такие конструкции:

1. Чугун. Основные преимущества: высокая прочность, долговечность, при этом температура воды сохраняется длительное время после прекращения топки печи. В то же время, чугунная емкость медленно прогревается, а самое главное, имеет большую массу, что требует надежной опоры при установке конструкции.
2. Сталь. Наиболее дешевый и доступный материал, используемый в экономконструкциях. Вода в стальном баке быстро нагревается, но также быстро и охлаждается после прекращения топки. Самый важный недостаток – коррозионное разрушение, что требует защитных покровов. Один из распространенных вариантов устранения этого недостатка – использование эмалированных баков. Однако при выборе данного материала следует учитывать, что при локальном повреждении эмали начинается ускоренная коррозия в очаге повреждения.
3. Нержавеющая сталь. Бак на трубу для бани из нержавейки считается наиболее распространенной конструкцией, т.к. оптимально сочетает стоимость и долговечность. Материал дороже обычной стали, но не подвержен коррозии и имеет высокий срок службы. При этом нержавейка поддается сварке, а бак из неё можно сделать своими руками.

Выносная конструкция бака находится в более щадящих условиях. Экстремальная температура (400-500 градусов) воздействует только на теплообменник, располагаемый на дымоходе. Стенки самого бака не нагреваются выше 70-80 градусов, а значит, его можно изготавливать из разных материалов. Кроме того, он, как правило, размещается на стене, где уменьшается риск повреждений. В таких условиях большую популярность приобретают декорированные эмалированные емкости. Подводящие трубы для выносного бака в бане могут изготавливаться из металла, композитного материала и теплостойкого пластика

Важно обеспечить их теплоизоляцию

Выносной теплообменник для бани

Самый простой и доступный способ изготовления бака для бани – это встроенный вариант, когда он навешивается на дымоход. Такая система не зря в быту называется самоварной, т.к. в ней используется тот же принцип, т.е. разогрев воды поднимающимся по внутренней трубе горячим дымом. Такой бак монтируется при строительстве печи или устанавливается путем демонтажа участка дымохода.

В выбранном месте на кронштейнах крепится труба, причем так, чтобы зазор между внешним диаметром дымоходной трубы и внутренним корпусом трубы бака обеспечивал необходимый объем. В нижней части корпуса бака приваривается основание, а все зазоры заделываются термостойким герметиком. Для вывода воды приваривается отвод с краном (рис.1). Верхняя часть бака закрывается крышкой.

Риунок.1 Схема установки бака для бани

В принципе, корпус бака может быть изготовлен и прямоугольной формы нужной емкости. Толщина стенок выбирается с учетом объема. Для изготовления небольшого бака объемом порядка 50-55 л можно использовать металлический лист толщиной 0,9-1,2 мм, а для емкости более 70-80 л придется использовать металл толщиной не менее 1,5 мм.

Если к бане подходит водопровод, то более подходит выносная система. Она показана на рис. 1. В этом случае на дымоходе монтируется змеевик. Выход горячей воды в направлении выносного бака осуществляется сверху, а возврат теплоносителя, соответственно, снизу. При монтаже необходимо установить нужную запорную аппаратуру (клапаны, краны, вентили).

При монтаже бака в бане на трубе дымохода потребуется следующий инструмент и оборудование: сварочный аппарат и электроды диаметром 2,5-3 мм, болгарка, ножовка по металлу, электродрель, перфоратор, молоток, плоскогубцы, набор ключей, штангенциркуль, рулетка.

Бак для бани на трубе дымохода позволяет иметь запас горячей воды без лишнего расхода топлива.

Такая система использует энергию бесполезно улетучивающего дыма, что дает значительный экономический эффект. Систему разной конструкции можно сделать и смонтировать своими руками.

Основные критерии выбора теплообменника

Выбирая твердотопливную систему на дровах для подогрева воды, следует определиться с типом теплообменника. оптимально подходящим в конкретно взятом случае. Одним из конструктивно простых является змеевик, который выполнен из трубы согнутой кольцом и размещённой в баке.

Однако в качественной банной печи чаще всего используют более сложную систему, которая состоит из двух ёмкостей соединённых между собой трубами. Горящее топливо нагревает нижнюю ёмкость и тепло поступает в верхний цилиндрический бак. Такая конструкция печи не только нагревает воду, но и отапливает помещения парилки и предбанника.

Устройство теплообменников для банной дровяной печи

Высокая теплоотдача банных печей, повышенная интенсивность сгорания в них топлива активно используются для размещения в них устройств подогрева воды для проведения помывки.

Теплообменники для бань представляют собой полую герметичную емкость для воды, имеющую форму змеевика (регистра), размещаемую в топке, а также герметичного бака, размещенного на ее стенке или дымоходе.

Прибор нагрева воды циркуляционного типа соединяются системой трубопроводов с накопительным баком горячей воды.

Принцип работы приборов непрямого нагрева воды основывается на циркуляции жидкости в результате ее естественной конвекции.

Справка. Естественная конвекция жидкости возникает, когда низшие слои жидкости нагреваются и становятся легче, поднимаясь наверх, а тяжелые и холодные опускаются, занимая место нагретых.

Для работы открытой системы рециркуляции жидкости (без применения циркуляционного насоса), диаметр труб, предающих воду к накопительному баку, не должен превышать одного дюйма, чтобы обеспечить необходимую скорость циркуляции.

Протяженность труб от теплообменника до накопительной ёмкости не должна превышать 3-х метров. Этой длины часто хватает для выноса накопительного бака из парной в смежную комнату для проведения помывки.

Ёмкость горячей воды, по законам естественной конвекции, устанавливается выше уровня теплообменника.

К оборудованию нагрева воды со стороны входа и выхода привариваются резьбовые патрубки для подключения циркуляционных труб, соединяющих устройство с баком.

Чаще всего используется накопительный стальной бак объемом 60—120 литров, в зависимости от мощности печи.

На накопительную ёмкость устанавливается кран слива для помывки, а на трубу холодной циркуляции воды (нижнюю) кран слива жидкости из системы.

Важно! Специалисты не рекомендуют устанавливать циркуляционный насос в системах подогрева воды банных печей

Виды

Обычно используются следующие виды приборов:

• Внутренний. Самый простой вариант, изготавливаемый в виде встроенного в топку печи змеевика, направляемого на активное использование вырабатываемого топливом тепла.
• Внешний. Представляет собой резервуар с водой, смонтированный на наружной боковой стенке печи. Высокая температура стенки нагревает бак за счет передачи ему теплового излучения. Этот вариант проще в изготовлении, чем внутренний теплообменник.
• Наружный. Устанавливаемый на трубу дымохода бак с водой — это эффективный способ устройства теплообменника, не требующий больших усилий в его установке и не занимающий много места в парной.
• Наружный проточный (экономайзер). Представляет собой небольшой проточный нагреватель средней емкости от 5 до 10 л, устанавливаемый на дымоходную трубу и соединенный с накопительным резервуаром системой трубопроводов. Это, пожалуй, лучший теплообменник по его монтажу и использованию.

Фото 1. Наружный теплообменник для банной печи. Устройство сделано из нержавеющей стали, надевается на дымоход.

Комбинированные модели. Одновременно включают в конструкцию змеевик, встроенный в топку, и наружную ёмкость с водой, устанавливаемую на трубу дымохода. Оба устройства соединены системой трубопроводов, и имеют отдельный подсоединяемый бак для сбора горячей жидкости.

Из чего их изготавливают

Внутренние теплообменники (регистры) в форме Г-образной решетки производятся из гнутых стальных, чугунных или медных гладкостенных труб диаметром 40—50 мм.

Резервуары для воды изготавливается из раскроенной и сваренной листовой стали с толщиной, превышающей 2,5 мм.

Самый популярный материал для изготовления приборов нагрева воды — нержавеющая сталь, т. к. это недорогой металл с высокой термостойкостью.

Внимание! При изготовлении теплонагревающих устройств этого типа нежелательно использовать оцинкованную сталь, т. к

при температуре выше 200 градусов Цельсия цинк начинает испаряться.

Недостатки чугунных агрегатов — их хрупкость и вес, а медных — повышенная цена и недостаточная жаропрочность.

Принцип работы

Дымовая труба металлической печки, установленной в бане, доме или гараже, при топке сильно нагревается. В зависимости от конструкции печи ее температура может быть от 200 до 500 градусов, что делает ее опасной в противопожарном плане, а случайное прикосновение к ней может вызвать сильный ожог.

Тепло от дымовой трубы можно использовать во благо, разместив на ней теплообменник: бак или змеевик. Теплоносителем в этом случае обычно выступает вода, а в некоторых случаях — воздух. При контакте теплоносителя с нагретыми стенками дымовой трубы их температура выравнивается: дымоход охлаждается, а вода или воздух в теплообменнике, напротив, нагреваются.

При нагреве теплая вода поднимается в верхнюю часть теплообменника, а оттуда по выходному штуцеру и трубе в систему или накопительный водяной бак. На место нагретой воды через входной штуцер поступает холодная. По мере нагрева циркуляция продолжается, в результате чего вода в накопителе способна нагреться до высокой температуры.

Воздушные теплообменники действуют по схожему принципу: снизу происходит забор холодного воздуха, после нагревания он поступает по трубопроводу в обогреваемые помещения. Так можно обогреть мансарду в дачном доме или комнату отдыха в бане, которые топятся периодически. Устройство водяного отопления в них невозможно, так как придется регулярно сливать и заливать в систему теплоноситель.

Как установить теплообменник своими руками: инструкция

Установка теплообменника на дымоход происходит на базе уже готовой емкости, (например, модель “Ермак”), которую можно приобрести в магазине, либо изготовить самостоятельно из листовой нержавеющей стали или медной трубки.

Как выбрать металл для изготовления устройства

Для изготовления теплообменников используют следующие виды металла:

• нержавеющая сталь;
• оцинкованная жесть;
• медь.

Выбор зависит от конструкции печи, ее мощности и температурного режима.

Если рабочая температура печного оборудования не превышает 200 градусов, то для установки теплообменника подойдет любой металл.

Если печь нагревается выше 200 градусов, то использовать тонкостенные баки из оцинковки не рекомендуется, поскольку высокая температура может деформировать емкость.

Для теплообменника в виде змеевика (трубки, которая устанавливается спирально вокруг дымохода) используется медь как оптимальный металл по части пластичности, теплопроводности, прочности и устойчивости к коррозии.

При желании можно изготовить змеевик самостоятельно, согнув трубу спиралью таким образом, чтобы ее внутренний диаметр был на 1-2 мм больше трубы дымохода.

Установка теплообменника самоварного типа

Установка теплообменника — дело не совсем простое, и требует опыта в сварочных работах и знания принципов работы отопительных систем.

Монтаж выполняется на основе готового металлического бака:

• Емкость теплообменника устанавливается непосредственно на трубу дымохода, которая должна быть прочно закреплена на каменке.
• Выше по ходу трубы после теплообменника устанавливается шиберная заслонка дымохода.
• После выбора места для установки накопительного бака (это может быть парная, душевая, предбанник) на стену крепится опорная реечная конструкция.
• Бак фиксируется на опоре с помощью саморезов строго вертикально. Если бак имеет большой объем (от 120 литров), можно использовать кронштейны, которые устанавливаются на стену.
• К входному патрубку бака подключается обратный клапан (в случае открытого типа контура).
• К выходному патрубку емкости подключается кран для слива воды (он должен быть предусмотрен, если печное отопление используется сезонно).
• К теплообменнику через штуцеры подключаются отводящий и подводящий патрубки, идущие к накопительному баку.
• После подключения всех подводящих и отводящих труб теплообменник приваривается к трубе дымохода с обеих сторон.
• Патрубки, ведущие к накопительному баку, присоединяются при помощи металлических фитингов.
• После завершения сварочных работ, подключения подводящих и отводящих патрубков проводится проверка системы путем пробного запуска воды. Если сварные швы выполнены качественно, то в местах стыков течи возникнуть не должно.

Видео описание

Видео покажет, что представляет собой печь для бани с теплообменником:

Сифонного типа

Довольно эффективный, но мало популярный способ. На некотором возвышении от поверхности печи устанавливается накопительный бак. Из его дна, под наклоном, в очаг уходит труба с запаянным концом. В этом случае без кипения не обойтись.

Оно начинается на конце герметичной трубы. Вода превращается в пузырьки пара, которые начинают подниматься наверх. В холодной среде они лопаются и нагревают окружающую воду. Дополнительный нагрев также происходит из-за обычной конвенции, когда теплая вода поднимается к поверхности, а ее место занимает холодная.