Một bộ trao đổi nhiệt tự chế tạo sẽ đóng vai trò là "trái tim" của hệ thống sưởi ấm gia đình

Yếu tố chính của bất kỳ hệ thống sưởi nào là một thiết bị đặc biệt - bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm một ngôi nhà, trong đó nhiệt được truyền từ bộ tạo nhiệt sang chất làm mát. Một số lượng lớn các nồi hơi sưởi ấm khác nhau được giới thiệu trên thị trường hiện đại, nhưng tất cả sự đa dạng của chúng không hạn chế trí tưởng tượng của những người thợ thủ công tại gia về việc sản xuất độc lập các thiết bị đó. Trong bài viết của chúng tôi, độc giả sẽ được yêu cầu tìm hiểu bộ trao đổi nhiệt cần thiết cho hệ thống sưởi ấm, cách tự chế tạo và cách kết nối nó.

Chức năng trao đổi nhiệt trong hệ thống sưởi

Trong các hệ thống sưởi ấm không khí trong nước, các bộ trao đổi nhiệt bề mặt của hệ thống sưởi ấm thường được sử dụng nhất, nơi năng lượng nhiệt được truyền qua bề mặt của các bức tường kim loại của thiết bị nhất định.

Nguyên tắc đốt nóng thông qua bộ trao đổi nhiệt được thực hiện đầy đủ nhất trong thiết kế nồi hơi đốt khí, nhiên liệu rắn hoặc điện. Nước lưu thông qua các đường ống được uốn cong dưới dạng cuộn dây, được lắp đặt bên trong bộ gia nhiệt, và được làm nóng bằng nhiệt độ của nhiên liệu đang cháy. Chất làm mát được làm nóng đi vào đường ống của hệ thống sưởi, và nước được làm mát từ bộ tản nhiệt đi vào bộ trao đổi nhiệt để thay thế nó.

Cho đến nay, trong nhiều ngôi nhà riêng lẻ, bếp vẫn là nguồn nhiệt truyền thống. Nó rất tốt để sưởi ấm một túp lều nhỏ, nhưng trong một ngôi nhà nhỏ nhiều phòng, nhiệt điện của nó không đủ. Vì vậy, trong một ngôi nhà riêng, một bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống sưởi ấm là cần thiết để biến bếp nấu thành một nồi hơi đun nước chính thức. Kích thước và hình dạng của bộ trao đổi nhiệt tự chế để sưởi ấm phải phù hợp với kích thước của buồng nhiên liệu của lò. Các đường ống và bộ tản nhiệt có thể được kết nối với thiết bị này, và khi đó việc sưởi ấm của ngôi nhà sẽ trở nên hiệu quả hơn.

Các loại thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt nước để sưởi ấm là thiết thực hơn. Điều này là do thực tế là nước truyền nhiệt năng tốt hơn nhiều so với không khí. Tuy nhiên, một bộ trao đổi nhiệt không khí để sưởi ấm cũng được sử dụng. Ngoài nước và không khí, một bộ trao đổi nhiệt cũng được sử dụng cho ống khói để sưởi ấm, được lắp đặt không phải bên trong mà là bên ngoài.

Tất cả các thiết bị sưởi ấm công nghiệp đều được trang bị bộ trao đổi nhiệt, thiết kế của bộ trao đổi nhiệt này được điều chỉnh tối đa để làm nóng nước hiệu quả.

Tại nhà máy, bộ trao đổi nhiệt được làm bằng đồng. Đường ống là một cuộn dây, trên các khúc cua có nhiều tấm, có diện tích trao đổi nhiệt lớn.

Hầu như không thể chế tạo một thiết bị trao đổi nhiệt tự chế để sưởi ấm tại nhà sao cho giống hệt như trong nhà máy. Do đó, bạn sẽ phải chọn một phương án đơn giản hơn.

Thiết kế hệ thống

Nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt tự chế là bếp truyền năng lượng từ quá trình đốt củi hoặc than, nước được đun nóng sẽ phân tán theo đường ống đến tất cả các phòng. Phương pháp sưởi ấm này cho phép các cư dân của ngôi nhà được hưởng nhiệt phân bố đều. Ngoài ra, tất cả các phòng đều ấm lên nhanh hơn nhiều và chi phí nhiên liệu cũng giảm.

Có hai cách để cải thiện hệ thống sưởi bếp của một ngôi nhà riêng:

• xây dựng một lò "từ đầu" cho một kích thước cụ thể của bộ trao đổi nhiệt;
• lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt sản xuất tại nhà, được chế tạo để vừa với kích thước của hộp lửa, vào lò hiện có.

Bằng cách tự tay chế tạo một bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm, chủ nhà có thể chắc chắn rằng bếp nấu với mạch nước của mình sẽ hoạt động không kém gì một nồi hơi đốt nhiên liệu rắn thực sự. Sự khác biệt duy nhất là trong bếp nấu, vị trí của đầu vào của bộ trao đổi nhiệt sẽ cao hơn một chút so với sàn nhà so với các nồi hơi của nhà máy. Đây là một sự khác biệt khá lớn có thể ảnh hưởng đến tốc độ lưu thông tự nhiên của chất làm mát.

Kết nối của bộ trao đổi nhiệt với hệ thống sưởi phải được thực hiện sao cho đường ống cấp nước lạnh (hồi lưu) đặt càng thấp càng tốt.

Cũng giống như trong hệ thống sưởi thông thường, bình giãn nở phải được lắp đặt ở đầu các đường ống. Nó sẽ bù đắp cho sự thay đổi thể tích của nước nóng và giải phóng bọt khí khỏi hệ thống. Nếu việc sưởi ấm qua bộ trao đổi nhiệt tuần hoàn tự nhiên không đủ để sưởi ấm một ngôi nhà lớn, bạn sẽ phải lắp đặt một máy bơm tuần hoàn trong hệ thống.

Để kết nối một bộ trao đổi nhiệt tự chế để sưởi ấm, 2 phụ kiện được sử dụng: một phụ kiện ở dưới cùng (đầu vào nước lạnh), một ở trên cùng (đầu ra nóng). Khi lắp đặt bộ trao đổi nhiệt, cần cung cấp độ dốc cần thiết của các đường ống, theo yêu cầu của sơ đồ.

Ưu điểm của việc sưởi ấm bằng bộ trao đổi nhiệt

Nếu bạn hiểu lý do tại sao bạn cần một bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống sưởi, bạn có thể thấy một số ưu điểm rõ ràng:

1. Dễ sản xuất. Nếu đã có bếp trong nhà, thì bạn sẽ chỉ phải tốn tiền mua một bộ trao đổi nhiệt tự chế và lắp đặt hệ thống sưởi ấm.
2. Kết hợp sưởi ấm. Ngoài việc sưởi ấm ngôi nhà từ bề mặt của bếp, một hệ thống làm nóng nước sẽ được thêm vào.
3. Nhiều loại nhiên liệu. Bạn có thể làm nóng bếp bằng bất kỳ nguồn năng lượng rắn nào, ngược lại với các nồi hơi chỉ tập trung vào một loại nhiên liệu nhất định.
4. Hình thức đẹp. Sẽ rất hữu ích khi bảo tồn vẻ ngoài truyền thống của bếp lò Nga khi tạo ra một nội thất theo phong cách quốc gia.

Trong số những nhược điểm của việc gia nhiệt thông qua bộ trao đổi nhiệt là: hiệu suất thấp hơn so với lò hơi nhà máy và thiếu khả năng kiểm soát tự động đối với cường độ gia nhiệt của chất làm mát.

Cách tạo bộ trao đổi nhiệt tự chế

Hình dạng của bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm tự làm có thể khác nhau. Tùy chọn phổ biến nhất là đăng ký một số ống thép hoặc đồng, nhưng các mẫu dạng tấm cũng được sử dụng.

Nhiệt độ trong vùng cháy rất cao, đặc biệt là khi than đang cháy. Do đó, các yêu cầu gia tăng được đặt ra đối với kim loại mà từ đó các yếu tố của bộ trao đổi nhiệt sẽ được thực hiện, tính hợp lý của thiết kế và chất lượng của mối hàn.

Vật liệu chế tạo

Nhiệm vụ của bộ trao đổi nhiệt nước để gia nhiệt là truyền nhiệt tối ưu, và trong quá trình này mức độ dẫn nhiệt của kim loại là rất quan trọng. Ví dụ, một ống thép dẫn nhiệt kém hơn 7 lần so với một ống đồng. Do đó, với cùng một đường kính ống, để truyền một lượng nhiệt như nhau, sẽ cần 25 mét ống thép thay vì 3,5 mét đồng.

Bộ trao đổi nhiệt bằng đồng là hoạt động kinh tế nhất, nhưng cũng đắt tiền. Bộ trao đổi nhiệt làm bằng ống thép có đường kính ít nhất 32 mm được coi là hợp lý hơn để tự sản xuất.

Nếu phải làm nóng bếp bằng than, tốt hơn nên lắp bộ trao đổi nhiệt bằng gang. Kim loại này chắc chắn hơn, và các thành của thiết bị sẽ không bị cháy trong một thời gian dài.

Tính toán công suất trao đổi nhiệt

Khá khó để tính toán trước công suất của bộ trao đổi nhiệt cho hệ thống sưởi. Để làm được điều này, bạn cần phải tính đến quá nhiều yếu tố: đường kính ống, chiều dài cuộn dây, độ dẫn nhiệt của kim loại, nhiệt độ đốt cháy nhiên liệu, tốc độ lưu thông chất làm mát, v.v. Khả năng thực sự của bộ trao đổi nhiệt đối với các chức năng của nó sẽ trở nên rõ ràng mà thôi. sau khi hệ thống sưởi bắt đầu hoạt động.

Khi tính toán, có thể chỉ ra rằng 1 mét ống có đường kính 50 mm dùng làm bộ trao đổi nhiệt sẽ cho 1 kW nhiệt điện.

Ví dụ, bạn có thể lấy bất kỳ mẫu lò hơi nổi tiếng nào và phù hợp với các thông số của nó, tự chế tạo bộ trao đổi nhiệt tự chế.

Các tính năng thiết kế

Một bộ trao đổi nhiệt để làm nóng nước của một ngôi nhà, được hàn từ các ống có thành trơn, được gọi là thanh ghi. Nó trông giống như một loại "vỉ nướng" và là hình thức phổ biến nhất của thiết bị trao đổi nhiệt tự chế. Ngoài thiết kế này, các thiết bị đơn giản hơn được làm dưới dạng một bể hình chữ nhật hoặc hình trụ. Điều chính là diện tích bề mặt để trao đổi nhiệt càng lớn càng tốt.

Khi tự tay chế tạo bộ trao đổi nhiệt, bạn phải tuân thủ một số điều kiện sau:

• chiều rộng của các khoảng trống bên trong bộ trao đổi nhiệt phải ít nhất là 5 mm, nếu không nước trong đó có thể sôi;
• độ dày thành ống ít nhất phải là 3 mm để kim loại không bị cháy ra ngoài;
• khe hở 10–15 mm giữa bộ trao đổi nhiệt và thành lò phải bù cho sự giãn nở của kim loại trong quá trình gia nhiệt.

Các tính năng cài đặt

Cách đơn giản nhất là lắp đặt bộ trao đổi nhiệt đồng thời với việc xây dựng lò. Nếu bạn lắp đặt nó trong một lò cũ, bạn sẽ phải tháo rời một phần gạch của nó.

Thủ tục:

1. Trên nền đã chuẩn bị sẵn của lò, một bộ trao đổi nhiệt dạng ống được lắp đặt trực tiếp vào khoang lò.
2. Với việc đặt thêm các hàng gạch, không gian còn lại cho các đường ống đầu vào và đầu ra của thiết bị.
3. Sau khi hoàn thành việc đặt lò, bộ trao đổi nhiệt được kết nối với hệ thống sưởi ấm, hệ thống này được đổ đầy nước và đốt lò thử nghiệm.

Tài liệu video mời các bạn làm quen với các mẹo hữu ích để tự chế tạo bộ trao đổi nhiệt:

Cho đến nay, chúng ta mới chỉ nói về bộ trao đổi nhiệt trong hệ thống đun nước nóng. Hãy chú ý đến các lĩnh vực khác trong ứng dụng của chúng.

Sưởi ấm không khí

Nếu chúng ta mô tả đặc điểm của hệ thống sưởi ấm không khí, chúng ta có thể nói rằng nó có nhiều nhược điểm hơn là ưu điểm. Bộ trao đổi nhiệt không khí để sưởi ấm không được sử dụng rộng rãi trong khu vực dân cư tư nhân, chúng vẫn chưa trở nên phổ biến.

Ưu điểm của hệ thống này là khả năng kết hợp sưởi ấm với thông gió cưỡng bức. Tuy nhiên, các lỗi có thể xảy ra trong thiết kế và lắp đặt của nó có thể giảm thiểu lợi ích. Có thể nghe thấy tiếng ồn của quạt trong ống dẫn khí và cảm nhận được sự mất cân bằng nhiệt độ trong các phòng.

Bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm không khí tồn tại để sưởi ấm trực tiếp cũng như gián tiếp. Trong phần đầu tiên, nhiên liệu gas hoặc diesel được đốt trực tiếp trong chính bộ trao đổi nhiệt. Các mô hình khác sử dụng môi trường làm nóng trung gian.

Bộ trao đổi nhiệt ống khói

Tại các nhà gỗ và trong phòng tắm của các "thợ thủ công dân gian", bạn có thể thấy một bộ trao đổi nhiệt bằng nước hoặc không khí sản xuất tại nhà được lắp đặt trên ống khói của một bếp lò nhỏ. Hóa ra rất có lợi nhuận: nhiệt không biến mất theo khói, và một phần của nó được sử dụng để làm nóng nước.

Bằng cách lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt trên ống khói để sưởi ấm, bạn có thể nhận được một lượng nước nóng khá lớn. Tất nhiên, điều này không đủ để sưởi ấm toàn bộ ngôi nhà, nhưng nó đủ để đặt một hoặc hai bộ tản nhiệt trong phòng thay đồ. Bạn có thể sử dụng bộ trao đổi nhiệt cho ống khói để sưởi ấm và làm nóng nhanh nước trong bồn tắm.

Một thiết bị như vậy có thể rất đơn giản để sản xuất. Để làm cơ sở, bạn có thể lấy một đoạn ống lớn có đường kính 500-700 mm, hoặc hàn một bồn chứa bằng thép không gỉ. Ở trung tâm của cấu trúc sẽ có một đường ống thẳng đứng tương ứng với đường kính của ống khói, và hai đường ống phải được hàn trên cùng và dưới cùng.

Bằng cách cung cấp nhiệt độ của nó cho bộ trao đổi nhiệt, các sản phẩm cháy ra khỏi lò sẽ nhanh chóng nguội đi. Bởi vì điều này, gió trong ống khói giảm và quá trình đốt cháy nhiên liệu chậm lại phần nào.

Tự tay bạn chế tạo một bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm có thể là một cách để bố trí hệ thống sưởi nước hoàn chỉnh trong nhà mà không cần mua thiết bị đắt tiền.