I principali tipi di scambiatori di calore nel forno e le sue modalità di installazione

Nonostante l'uso diffuso delle moderne caldaie per il riscaldamento, le stufe tradizionali non perdono la loro rilevanza. Tuttavia, la loro efficacia a volte lascia molto a desiderare. L'installazione di uno scambiatore di calore per il forno lo renderà davvero versatile. Non viene riscaldata solo l'aria ambiente, ma anche il liquido di raffreddamento che circola nel sistema. L'acquisto di una nuova caldaia a tutti gli effetti non è sempre consigliabile. Soprattutto se il proprietario zelante ha il desiderio, l'opportunità e la guida per l'azione.

Il principio di funzionamento e funzione dello scambiatore di calore

Uno scambiatore di calore liquido è un contenitore, parte di una struttura del forno, attrezzato per il collegamento a una tubazione. Il serbatoio si riscalda, a contatto con i prodotti della combustione, e cede questa energia all'acqua. L'acqua, muovendosi attraverso il sistema, emette calore ai dispositivi di riscaldamento: i radiatori, dai quali l'aria viene riscaldata per convezione. Il riscaldamento del contenitore può essere diretto o indiretto e la circolazione del liquido di raffreddamento può essere naturale o forzata.

Portatore di calore

Al posto dell'acqua vengono spesso utilizzati antigelo a base di glicole etilenico, glicole propilenico, alcol o olio. Il loro principale vantaggio è il loro basso punto di congelamento, che va da -30 a -70 ° C. I numeri esatti dipendono dalla composizione chimica e dalla concentrazione del liquido. L'uso di tale chimica presenta una serie di vantaggi:

• protezione degli elementi dell'impianto dai danni dovuti allo sbrinamento;
• protezione anticorrosione grazie ad opportuni additivi;
• assenza di abrasivi, sali e altre impurità che distruggono (intasano) la tubazione o i raccordi.

Alcuni scambiatori di calore, ad esempio per un bagno, servono non solo dispositivi di riscaldamento, ma anche una doccia o un serbatoio separato. Pertanto, qui viene utilizzata l'acqua. Per evitare lo sbrinamento, il dispositivo è progettato in modo che non impieghi molto tempo a riempirsi d'acqua. Se il bagno o la sauna vengono riscaldati spesso e le strutture che lo circondano sono isolate con alta qualità, il problema viene rimosso.

Il glicole propilenico è costoso, l'alcol e l'olio sono pericolosi per il fuoco e il glicole etilenico è un vettore di calore altamente tossico.

Funzioni dello scambiatore di calore

La funzione del serbatoio di scambio termico, come parte della struttura del forno, è quella di ricevere e trasferire calore al refrigerante dai prodotti della combustione. Ma come elemento di un sistema più ampio (riscaldamento, approvvigionamento idrico), risolve diversi problemi.

• Distribuire il calore in modo uniforme ed economico negli ambienti riscaldati.
• Fornire acqua calda alla casa (cottage, cottage, stabilimento balneare, appartamento, ecc.).
• Accumula energia termica da utilizzare quando la stufa non è in funzione.

Un accumulatore di calore collegato a uno scambiatore di calore per una stufa a legna immagazzina energia grazie alla capacità termica dell'agente di accumulo. Pertanto, può essere realizzato isolando qualsiasi contenitore. Un barile cosparso di schiuma di poliuretano e parzialmente riempito di macerie o sabbia è già un accumulatore di calore. Se dotata di quattro connessioni e correttamente collegata, l'unità diventerà un elemento funzionale del sistema.

Raffreddandosi di 1°C, l'acqua riscalda 1 m3 di aria ambiente ferma di 4°C. Questa è la ragione per l'uso di successo degli accumulatori di calore ad acqua.

Tipi di scambiatori di calore

Un semplice dispositivo può essere efficace in diversi modi, a seconda del tipo. La classificazione viene effettuata secondo diversi criteri.Diversi modelli di scambiatori di calore di fabbrica o fatti in casa, ad esempio, in un bagno, differiscono:

• design,
• luogo di installazione,
• Materiale.

Questi fattori si influenzano a vicenda e sulle caratteristiche dell'unità di scambio termico nel suo insieme: costo, efficienza, produttività, volume del sistema, complessità dell'installazione, ecc.

Design

Le differenze di progettazione dipendono in gran parte dallo scopo del prodotto. Ad esempio, il riscaldamento dell'acqua per il lavaggio comporta un volume notevole e un intenso trasferimento di calore. E l'uso solo per il riscaldamento richiede un graduale trasferimento di calore al liquido di raffreddamento.

• La bobina è un tubo piegato ad angoli diversi. Si riscalda rapidamente, ma spesso non ha un volume sufficiente. Adatto per l'installazione in un focolare a legna, dietro un focolare, in una stufa, su un camino (se la bobina è a spirale).
• Il registro è un analogo di un radiatore a tubi, forse il più popolare, versatile, efficiente dal punto di vista energetico. In genere, si tratta di diversi tubi di grande diametro collegati da tubi sottili. La scelta di una forma specifica e di un luogo di installazione è limitata dall'immaginazione dell'autore, nonché dallo schema generale.
• Diplomat - uno o più contenitori interconnessi con ugelli. Questo è un modello comune, facile da montare e installare. Una stufa per un bagno con uno scambiatore di calore di questo tipo fornirà calore, calore, acqua calda. Svantaggi: un volume significativo riduce la velocità di riscaldamento, limita la scelta di un luogo per l'installazione. La forma primitiva non contribuisce al trasferimento di calore a tutti gli effetti, interferendo con il riscaldamento di parti della stufa stessa. Pertanto, è adatto solo per l'installazione all'interno del riscaldatore (se stiamo parlando di una sauna), dietro o dietro il focolare.
• La camicia d'acqua è un involucro installato sulle parti del generatore di calore riscaldate dall'interno. Spesso questo è un cilindro con ugelli, messo sul camino. Difficile per il montaggio artigianale, soggetto a perdite, ma non richiede lo smontaggio della stufa per l'installazione ed è abbastanza efficace.

La scelta del modello è solitamente legata non tanto all'efficienza e al prezzo quanto alla complessità dell'installazione. Ad esempio, alcune modifiche di "camicie", "bobine" e "diplomati" ad acqua vengono montate senza smontare la stufa. Il massimo è l'ammodernamento di una parte del tubo o la sostituzione della stufa in ghisa (per cucinare) con un "diplomatico".

I registri di trasferimento di calore sono generalmente preferiti rispetto ad altri dispositivi. Tuttavia, vengono installati solo durante la costruzione di una nuova stufa o una grave alterazione della vecchia.

Materiale

Quando si progetta una stufa o un caminetto con qualche tipo di scambiatore di calore, l'ingegnere (o il produttore di stufe) tiene conto dei parametri dei materiali. Le proprietà richieste sono resistenza al fuoco, elasticità, resistenza alla corrosione, capacità termica, conduttività termica. Solo i metalli hanno queste caratteristiche.

• L'acciaio è eccellente sotto tutti gli aspetti, ad eccezione della resistenza alla corrosione. Tuttavia, se il liquido di raffreddamento è sempre pieno, non arrugginisce.
• L'acciaio inossidabile non presenta svantaggi se non l'alto costo e la difficoltà di saldatura. L'acciaio zincato non viene quasi mai utilizzato a causa delle emissioni tossiche associate alle alte temperature.
• Ghisa, i cui svantaggi sono la complessità della saldatura e un'alta probabilità di fessurazione (a causa di improvvisi sbalzi di temperatura con riscaldamento irregolare).
• Rame, che va bene per tutti, tranne per il prezzo elevato e la saldatura delle parti. La saldatura "non trattiene" il calore forte se l'acqua viene scaricata, quindi l'uso del rame è limitato.

La scelta è solitamente legata alla disponibilità o disponibilità del materiale. Spesso ci sono stufe da bagno con uno scambiatore di calore in ghisa, che è una batteria modificata. La revisione consiste nella saldatura dei giunti delle sezioni e dei tasselli nei fori aggiuntivi. Si ottiene così un registro di scambio termico che possiede tutte le proprietà necessarie. Il suo svantaggio è il suo ingombro, che limita la scelta della posizione.

Fai da te

Prendere una decisione sull'autoproduzione, di regola, indica la presenza di un qualche tipo di strumento e abilità per lavorarci.Idealmente, è necessaria un'officina a tutti gli effetti con una morsa, saldatura (di due tipi), un banco da lavoro, un'incudine, ecc.. Se l'attrezzatura lascia molto a desiderare, è possibile assemblare la modifica più semplice: una spirale di rame bobina.

Pro di questa opzione:

• Il rame è relativamente facile da piegare e saldare.
• La batteria non contiene composti soggetti a forte calore.
• La forma a spirale è semplice, versatile e non richiede attrezzature sofisticate.
• L'installazione di un tale scambiatore di calore non richiede un serio ammodernamento della struttura del forno.

Una stufa per sauna con un tale scambiatore di calore farà fronte a tutto ciò che ci si può aspettare da essa: garantirà il funzionamento di 2 - 3 radiatori di riscaldamento e riscalderà l'acqua in un piccolo serbatoio. Il riscaldatore è, tuttavia, responsabile del microclima nel bagno turco.

Materiali di consumo

Degli strumenti speciali per lavorare con il rame, è richiesto solo un bruciatore a gas. Un professionista avrà bisogno di un tagliatubi, una smussatrice e una spazzola metallica della giusta dimensione. Tuttavia, tutto questo è sostituito da una smerigliatrice, una lima (raspa), una spugna abrasiva morbida. Avrai anche bisogno di un minimo di materiali di consumo:

• tubo di rame ricotto in serpentino d32, lunghezza 3,5 - 4,5 m (a seconda della d del camino);
• prese d'acqua di transizione (saldatura a filo) d32 * 1,25 "- 2 pezzi;
• comune saldatura a bassa temperatura e rame duro per brasatura a media temperatura (650 - 750 ° C);
• pasta di gumboil;
• spugna abrasiva morbida;
• gas propano-butano per brasatura a media temperatura - 1 bombola (0,5 l);
• sabbia fine setacciata lavata - 5 - 6 kg;
• gasdotto, rubinetti, valvole "Mayevsky", radiatori.

È necessaria una "piegatrice di tubi": un registro rotondo uniforme. Con il suo aiuto, lo scambiatore di calore per la stufa della sauna assumerà la forma di una spirale. La lunghezza del tronco è di almeno 1 m e il diametro è uguale alle dimensioni del camino all'uscita della stufa. Di norma, il parametro dipende dalle dimensioni del focolare e non è inferiore a 10 cm.

Il tronco deve essere fissato saldamente fissandolo con potenti viti / tasselli autofilettanti tra due alberi o pareti.

Algoritmo di assemblaggio

La parte più difficile del montaggio è la spirale. Per fare ciò, il tubo dovrà essere piegato utilizzando un registro installato rigidamente. Il rame non ricotto non può essere piegato, quindi è necessario acquistare esattamente quello nelle baie. Il modo più semplice per installare uno scambiatore di calore a serpentina in un forno in mattoni (per il riscaldamento) è montarlo su un camino. Algoritmo delle azioni:

1. Tappare saldamente un'estremità del tubo, ad esempio con un tappo sigillato in fabbrica.
2. Riempi il tubo di sabbia versando acqua, picchiettando con un martello, sigillando con una bacchetta. Questo può essere un tubo di plastica rinforzata o un tubo di gomma tappato.
3. Quando il tubo è pieno, sigillare il più possibile il bocchettone, quindi tappare l'altra estremità. Cerca di non "allentare" la sabbia.
4. Avvitare un morsetto a forma di U o rotondo al tronco, che terrà saldamente il tubo. La base "P" è perpendicolare alla curvatubi più vicina all'estremità e la posizione attorno alla circonferenza non ha importanza.
5. Inserisci l'estremità della bobina nel morsetto, inizia a avvolgere lentamente il tubo attorno al tronco.
6. Se da qualche parte appare una sala, significa che la sabbia non è abbastanza densa in questo luogo. È consigliabile ricominciare tutto da capo, ma, in teoria, puoi provare a battere con un martello.
7. Se d del camino è 150 e la lunghezza della baia è 4,5, dovresti ottenere 8 - 9 giri della spirale (non più di 35 - 40 cm di altezza), oltre a due "code" di 30 - 40 cm ciascuna .
8. Tagliare i tappi, pulire la sabbia, sciacquare la batteria.
9. Saldare le prese dell'acqua di transizione alle estremità della spirale.
10. Rimuovere il coperchio della stufa o smontare la serranda del camino (estrarre parte del camino).
11. Metti la "bobina" sul tubo il più vicino possibile alla stufa.
12. Rimontare il camino, tenendo conto dei sigillanti necessari, degli avvolgimenti (se presenti).

Ora puoi installare e collegare il resto degli elementi dell'impianto di riscaldamento, incluso un vaso di espansione aperto di tipo samovar, tubazioni, rubinetti, radiatori, valvole dell'aria.Per migliorare la circolazione naturale, il diametro delle tubazioni non deve essere molto inferiore alle dimensioni della batteria. Idealmente, sarà anche rame, dello stesso diametro.

Una probabile difficoltà è una diminuzione del tiraggio dovuto alla rimozione involontaria di calore dal camino. La soluzione è aumentare la lunghezza del camino.

Opzioni di installazione per la struttura di scambio termico

L'installazione di uno scambiatore di calore di qualsiasi tipo comporta una notevole mole di lavoro, soprattutto se la sua efficienza è di grande importanza. Ad esempio, la spirale più semplice sul camino potrebbe riscaldarsi leggermente e non ci sarà alcuna circolazione senza una pompa. Quindi devi prendere misure, fino all'abbandono di un tale progetto. In pratica, uno scambiatore di calore per un forno, installato in luoghi diversi, dà un'efficienza diversa. Convenzionalmente, puoi creare un tale TOP, iniziando con la varietà più efficace:

• registro a U in ghisa o acciaio nel focolare;
• una camicia d'acqua attorno al focolare o su una delle sue superfici;
• Diplomatico a forma di U nel focolare;
• un diplomatico direttamente sopra o dietro il focolare, con il massimo contatto;
• camicia d'acqua intorno al riscaldatore;
• registro, diplomatico o serpentino nel riscaldatore;
• diplomatico o serpentino dietro i fornelli;
• camicia d'acqua del camino.

La serpentina del camino è convenzionalmente l'opzione meno efficace. Tuttavia, la semplicità del dispositivo elimina spesso gli svantaggi. Inoltre, l'efficienza viene migliorata in vari modi. Tra questi c'è il rivestimento della batteria con un involucro isolato termicamente con riempimento di vuoti con sabbia o installazione della struttura direttamente nel riscaldatore.

Tutti i nomi sono condizionali. Ad esempio, un tale progetto di fabbrica non è raro, quando un contenitore cubico è integrato sopra la stufa. Può essere considerato una camicia o un diplomatico.

Connessione corretta

Una stufa o un caminetto a legna con qualsiasi scambiatore di calore è solo una parte del sistema. Per il suo funzionamento efficiente dal punto di vista energetico, la circolazione del liquido di raffreddamento rimane il fattore chiave. Anche quando è chiaramente necessaria una pompa (ad esempio, in una grande casa a due o tre piani), la circolazione naturale è importante. Grazie a lei, i tubi non scoppiano troppo rapidamente a causa dello sbrinamento e l'acqua non bolle così facilmente se l'elettricità si spegne. Per migliorare la circolazione, è consigliabile attenersi alle seguenti regole:

• maggiore è la corsa in altezza dei tubi dello scambiatore di calore, meglio è;
• il vaso di espansione è posizionato il più in alto possibile, vicino alla stufa;
• un tubo va al serbatoio dal tubo di diramazione superiore;
• il tubo dal vaso di espansione va all'ingresso inferiore del radiatore;
• tutte le sezioni orizzontali sono realizzate ad angolo (non inferiore a 3 mm per 1 m);
• uscita dal radiatore solo dalla parte opposta o in diagonale.

Un altro punto importante è il throughput della pipeline. Più è alto, meglio è. Pertanto, non dovresti restringere il diametro, aggiungere gomiti extra, raccordi e anche utilizzare tubi interni o di plastica arrugginiti.

Lo scambiatore di calore è installato nella fase di montaggio del forno. Se stiamo parlando di un vecchio design, non essere pigro per smontarlo. In questo caso sarà possibile installare il dispositivo più efficiente dove richiesto. Lungo il percorso verrà effettuato un sopralluogo dettagliato della muratura, oltre ad altri particolari. Difetti e difetti verranno eliminati.