Теплообменник самодельный: как сделать самодельный прибор, рассчитать его мощность, схема подключения к системе

Теплообменники для отопления дома своими руками: подключение, водяные, воздушные

На чтение 9 мин. Просмотров 255 Опубликовано 27.12.2014 Обновлено 01.08.2016

Теплообменник из медной трубы с припаянными пластинами — важнейший элемент современных отопительных котлов

Главным элементом любой из систем отопления служит особое устройство — теплообменник для отопления дома, в котором происходит передача тепла от генератора тепла к теплоносителю. На современном рынке представлено большое количество различных отопительных котлов, но все их разнообразие не ограничивает фантазию домашних умельцев по части самостоятельного изготовления подобных устройств. В нашей статье читателям будет предложено узнать, для чего нужен теплообменник в системе отопления, как его сделать своими руками и каким способом подключить.

Функция теплообменника в системе отопления

В домашних отопительных системах воздух наиболее часто используются поверхностные теплообменники системы отопления, где тепловая энергия передается через поверхности металлических стенок данного устройства.

Принцип отопления через теплообменник наиболее полно реализован в конструкции газовых, твердотопливных или электрических котлов. Вода циркулирует по изогнутым в виде змеевика трубам, установленным внутри отопительного агрегата, и нагревается от температуры горящего топлива. Нагревшийся теплоноситель уходит в трубопровод отопительной системы, а ему на смену в теплообменник поступает остывшая вода из радиаторов.

До сих пор во многих индивидуальных домах традиционным источником тепла остается печь. Она хороша для обогрева небольшой избы, однако в условиях многокомнатного коттеджа ее тепловая мощность недостаточна. Поэтому в частном доме теплообменник в системе отопления нужен для того, чтобы превратить печку в полноценный водонагревательный котел. Размер и форма самодельного теплообменника для отопления должна вписываться в габариты топливной камеры печи. К этому устройству можно подключить трубопроводы и радиаторы, и тогда отопление дома станет более эффективным.

Виды теплообменников

Если вмонтировать в печь водяной теплообменник для отопления, во всем доме станет гораздо теплее

Более практичны водяные теплообменники для отопления. Это обусловлено тем, что вода намного лучше передает тепловую энергию, чем воздух. Вместе с тем, воздушный теплообменник для отопления также находит применение. Кроме водяного и воздушного, применяется также и теплообменник на дымоход для отопления, который устанавливают не внутрь, а снаружи.

Все выпускаемые промышленностью отопительные устройства оснащены теплообменниками, конструкция которых максимально приспособлена для эффективного нагрева воды.

В заводских условиях теплообменные устройства изготавливают из меди.  Труба представляет собой змеевик, поперек изгибов которого расположено множество пластин, обеспечивающих большую площадь теплообмена.

Соорудить у себя дома самодельный теплообменник для отопления, чтобы он был точно как заводской, практически нереально. Поэтому придется выбрать вариант попроще.

Устройство системы

Несложный по конструкции самодельный теплообменник послужит для отопления дома

Принцип действия самодельного теплообменника состоит в том, что печь передает ему энергию от сгорания дров или угля, а нагревшаяся вода расходится по трубам во все комнаты. Такой способ отопления позволяет обитателям дома наслаждаться равномерным распределением тепла. Кроме того, все помещения прогреваются гораздо быстрее, а расходы на приобретение топлива снижаются.

Усовершенствовать печное отопление частного дома можно двумя способами:

• построить печь «с нуля» под конкретный размер теплообменника;
• установить в существующую печь самодельный теплообменник, изготовленный по размерам топки.

Схема кирпичной печи с теплообменником

Изготовив теплообменник для отопления своими руками, домовладелец может быть уверенным, что его печь с водяным контуром станет действовать не хуже настоящего твердотопливного котла. Отличие будет только в том, что у печки расположение входного отверстия теплообменника получится немного выше над полом, чем у заводских котлов. Это довольно существенная разница, которая может влиять на скорость естественной циркуляции теплоносителя.

Подключение теплообменника к системе отопления нужно сделать таким образом, чтобы труба поступления холодной воды (обратка) была расположена как можно ниже.

Так же, как в обычной системе отопления, в верхней точке трубопроводов нужно вмонтировать расширительный бачок. Он будет компенсировать изменение объема нагретой воды и выпускать из системы пузырьки воздуха. Если отопление через теплообменник с естественной циркуляцией окажется недостаточным для обогрева большого коттеджа, придется установить в систему циркуляционный насос.

Для присоединения самодельного теплообменника для отопления используют 2 штуцера: один снизу (вход холодной воды), другой сверху (выход горячей). При монтаже теплообменника нужно обеспечить необходимый уклон труб, как требуется по схеме.

Преимущества отопления с теплообменником

Принцип подключения теплообменника к системе отопления

Если разбираться, для чего нужен теплообменник в системе отопления, можно заметить несколько явных преимуществ:

1. Простота изготовления. Если в доме уже существует печь, то придется потратиться только на изготовление самодельного теплообменника и монтаж системы отопления.
2. Комбинированное отопление. Дополнительно к обогреву дома от поверхности печки прибавится водяная система отопления.
3. Разнообразие видов топлива. Можно топить печь любыми твердыми энергоносителями, в отличие от котлов, ориентированных только на определенный вид топлива.
4. Красивый внешний вид. Сохранить традиционный вид русской печи бывает полезно при создании интерьера в национальном стиле.

Среди недостатков отопления через теплообменник можно назвать: менее высокий КПД по сравнению с заводскими котлами и отсутствие автоматического контроля за интенсивностью нагрева теплоносителя.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Если предполагается топить печь углём, лучше установить теплообменник из чугуна. Этот металл более крепкий, и стенки устройства долго не будут прогорать.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Можно взять для примера какую-либо известную модель котла и в соответствии с его параметрами изготовить свой самодельный теплообменник.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

• ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
• толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
• зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

Порядок действий:

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления. Обратим внимание и на другие сферы их применения.

Воздушное отопление

Если охарактеризовать воздушную систему отопления, можно сказать, что у нее больше минусов, чем плюсов. Воздушные теплообменники для отопления мало распространены в частном жилом секторе, они пока еще не стали привычными.

Преимуществом этой системы называют возможность совмещать обогрев с принудительной вентиляцией. Однако возможные ошибки при ее проектировании и монтаже могут свести преимущества к минимуму. В воздуховодах бывает слышен шум вентилятора, а в помещениях ощущается температурный дисбаланс.

Теплообменники для воздушного отопления существуют прямого нагрева, а также косвенного. В первых из них газовое или дизельное топливо сгорает непосредственно в самом теплообменнике. В других моделях используется промежуточный теплоноситель.

Теплообменник на дымоход

Смонтированный на дымоход теплообменник использует вылетающую в трубу тепловую энергию

На дачах и в банях у «народных умельцев» можно увидеть самодельный водяной или воздушный теплообменник, установленный на дымоход небольшой печи. Получается очень выгодно: тепло не уходит вместе с дымом, а часть его служит для нагрева воды.

Установив теплообменник на дымоход для отопления, можно получать довольно большое количество горячей воды. Конечно, этого не хватит, чтобы обогреть весь дом, но достаточно, чтобы поставить в предбаннике один-два радиатора. Использовать теплообменник на дымоход можно как для отопления, так и для быстрого нагрева воды в бане.

Подобное устройство может быть очень простым в изготовлении. За основу можно взять отрезок большой трубы диаметром 500–700 мм, или сварить бак из нержавейки. В центре конструкции будет проходить вертикальная труба, соответствующая диаметру дымохода, а сверху и снизу должны быть приварены два патрубка.

Отдавая свою температуру теплообменнику, выходящие из печи продукты сгорания быстро остывают. Из-за этого уменьшается тяга в дымоходе и несколько замедляется горение топлива.

Изготовление теплообменника для отопления своими руками может стать способом устроить в доме полноценное водяное отопление без приобретения дорогостоящего оборудования.

Как и из чего сделать теплообменники своими руками.

Теплообменник, змеевик – непонятные для многих слова, которые никак не связаны с представлением об этих предметах. Радиатор, батарея, полотенцесушитель – более понятны, потому что эти предметы мы видим и пользуемся ими каждый день. Между тем, это ведь тоже теплообменники, один из многочисленных их видов.

   Что такое – теплообменник.

Понятно, что, не выяснив, что же такое теплообменник  и принципов его работы, мы вряд ли сможем его сделать или применить в качестве теплообменника что-либо другое.

Если говорить простыми словами, теплообменник – это устройство для обмена энергией между различными средами, не имеющее собственного источника энергии. Т.е. печка – это не теплообменник, а тепловой щит или лежанка, через которые проходят дымовые газы от печки, и которые греют воздух в помещении, — это теплообменники.

Элементарный теплообменник мы сооружаем, когда хотим    охладить бутылки с пивом в раковине мойки, используя холодную воду из водопровода. При этом наше пиво охлаждается, а вода наоборот – нагревается.

Из определения теплообменника можно сделать выводы по оценке и увеличению его эффективности. Получается, что эффективность теплообменника зависит:

— от разницы температур между средами: чем больше разница, тем больше передается энергии.

— от площади соприкосновения различных сред с теплообменником, чем больше – тем лучше.

— и от теплопроводности материала самого теплообменника: чем лучше материал проводит тепловую энергию, тем эффективней теплообменник.

По сути, любая труба, в которой течет вода (или другая жидкость) с температурой отличной от температуры окружающей среды (воздуха или тоже жидкости) – является теплообменником.

   Как сделать теплообменник.

Получается, что если мы возьмем какое-то количество метров трубы, свернем её в кольца и запихнем в бочку, выведя наружу вход и выход этой трубы, мы получим теплообменник, который будет, либо греть воду в бочке, либо охлаждать, в зависимости от того, что нам нужно (обычно – греть).

Теперь, неплохо бы выяснить, какое именно количество метров трубы равно по мощности, например, 1,5 кВт ТЭНу. И вот тут на первое место выступает теплопроводность материала, из которого сделана труба. При прочих равных, а именно: диаметр трубы – 20 мм, разность температур ~ 40^оC, получается, что металлопластиковой трубы нам понадобиться  больше 4300 метров (коэффициент теплопроводности равен – 0,3), стальной – 25 метров (50), а медной – 3,5 метра (380). Вот такая вот арифметика. Вполне естественно, что лучший выбор материала для теплообменника – это медная отожженная труба, которая легко гнется, и к ней без особого труда можно присоединить резьбовой фитинг с помощью обжимного соединения (можно и припаять, но это на любителя). В этом случае у нас получится теплообменник змеевикового типа.

Своими руками, кроме змеевиков, можно сделать теплообменник типа «водяная рубашка». Это когда теплообмен происходит между двумя герметичными емкостями, вложенными одна в другую. Такой теплообмен часто используется в небольших твердотопливных котлах систем отопления. Недостатком таких теплообменников является небольшое эксплуатационное давление, на которое они обычно рассчитаны. Изготовить их сможет, пожалуй, только опытный сварщик. На «коленке» из подручных материалов сделать такой теплообменник очень проблематично.

И уж совсем сложно сделать один из самых эффективных теплообменников типа «трубная доска» из-за большого количества вальцовочных соединений. Этот теплообменник представляет собой три герметичных емкости, две из которых, по краям, соединены между собой трубами развальцованными в торцах этих емкостей. Теплообмен происходит в средней части при движении жидкости от одного края к другому.

Что еще можно использовать в качестве теплообменника.

Если негде достать медную трубу, а во дворе присутствует небольшая свалка металлолома, то можно попробовать найти какую-нибудь альтернативу. Например, полотенцесушители – прекрасно подойдут на роль змеевика в самодельном теплообменнике. Подойдут старые радиаторы системы отопления, лишь бы не текли. Автомобильные радиаторы и радиаторы автомобильных печек – это тоже готовые теплообменники, которые можно использовать как греющий элемент, придумав переходники для них, и ,если нужно, объединив их для увеличения общей площади теплообмена.

Прекрасные теплообменники получатся из старых газовых водогрейных колонок, тем более, что при этом практически ничего переделывать не нужно.

Принцип действия любого теплообменника везде, где бы он не находился, одинаков, поэтому, в зависимости от конкретных условий, он может греть или охлаждать любую среду: жидкость, газ или твердое вещество. Все зависит от задачи, которую наш теплообменник должен будет решать, и от вашей инженерной фантазии.

Теплообменники своими руками — как сделать для отопления

Теплообменник – сердце отопительной системы, предназначен для передачи тепла по средам и обогрева помещения. Среда в системе может быть жидкой, паро – газообразной. Простым устройством считается комнатный радиатор с водным источником тепла.

От промежуточного материала в системе, то есть теплообменника, зависит степень проводимости тепла, лучшие показатели проводимости у серебра и меди. Медь используется, естественно, чаще. Передача тепла у нее почти в 8 раз выше, чем например, у стали, пластик во много раз еще хуже.

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.

Плюсы и минусы

К явным преимуществам теплообменника можно отнести:

• простоту его изготовления и установки;
• отопление можно сделать комбинированным, кроме обогрева установить водяную систему отопления;
• топливо для устройства может быть разнообразным: твердым, газо – жидкообразным;
• приборы красивы внешне, можно придать интерьеру национальный стиль.

Недостатков у теплообменника два:

• отсутствует автоматический контроль за нагревом носителя;
• КПД не слишком высок.

Теплообменник с использованием трубной доски

Виды теплообменников

Теплообменники в зависимости от своего назначения бывают охладительными и нагревательными:

1. Охладительное устройство контактирует с жидкостью или холодным газом, остужая при этом горячий теплоноситель.
2. Нагревательное устройство с разогретым газом, или жидкостью отдает тепло циркулирующим потокам холодной жидкости, газа, происходит обмен.

Конструктивно теплообменники бывают:

• поверхностными, при контактах сред через промежуточную поверхность;
• регенеративными, при подаче к насадке то холодной, то горячей воды за счет нагревания и охлаждения регулируется и поддерживается температурный режим;
• смесительными, подача сред из одной в другую путем их смешивания.

Поверхностные теплообменники могут иметь разную форму, бывают:

• пластинчатыми, состоящими из множества пластин с проходящей жидкостью через их лабиринты;
• в виде змеевиков, тонких трубок, закрученных в спираль;
• труба в трубе, состоящих из двух трубок разных по диаметру и размещенных одна в другой.

Как сделать обменник своими руками

1. Для теплообменника с емкостью потребуется бак, пара трубок из меди. Можно использовать листовую сталь в толщину 2,5- 3 мм, сварить из нее резервуар нужногО объема.
2. Установите емкость от пола не менее 1 метра, от печи – не менее 3 метров.
3. Проделайте два отверстия справа, ближе к конструкции и слева – наверху.
4. Подведите к печи нижний отвод, под наклоном в 2- 3 градуса.
5. Подключите верхний отвод под углом в 20 гр., только в обратную сторону.
6. Врежьте в нижний отвод на выходе кран для слива воды из бака.
7. Внизу еще один кран для слива воды из всей системы.
8. Проверьте конструкцию, она должна быть герметичной, можно заполнить водой и под легким напором выявить места протечки, устранить их.

Необходимые материалы, инструменты чертежи

Для теплообменника стоит подобрать:

• Емкость на 90 -110 литров.
• Анод.
• Медную трубку в длину до 400 см для термонагревателя. Если нет медной трубы, можно воспользоваться алюминием, металлопластом, лишь бы хорошо гнулся.
• Регулятор мощности для регулирования подачи тепла.

Не нужно изготавливать змеевик из стали, материал плох на теплоотдачу не важно гнется, воздух нагревается благодаря меди во много раз быстрее. При использовании стали дополнительно потребуется трубогиб.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

1. Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
2. Установите бак к началу системы отопления.
3. Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
4. Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
5. Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
6. Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
7. Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
8. Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
9. Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
10. Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
11. Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
12. Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
13. Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
14. Закройте герметично все элементы.
15. Наполните бак водой, теплообменник готов.

Изготовление разных видов теплообменника

Водяной

Устройство имеет два сектора, нагревающих друг друга. Циркуляция воды при большой мощности происходит по замкнутому контуру в резервуаре отопительной системы, где нагревается до 180 гр. После обтекания установленных трубок вода направляется в основную систему, где температура нагрева увеличивается.

Для изготовления водяного теплообменика приготовьте:

• Емкость в форме стального бака. Установите ее к началу системы. Для водной циркуляции нужны 2 ответвления из труб, нижнее – для входа холодной воды, верхнее – для входа горячей.
• Проверьте бак на герметичность.
• Разместите медные трубчатые спирали внутри бака, 4 метра трубы на 100 литров бака хватит вполне.
• Подсоедините к медной трубке регулятор мощности.
• Чтобы перепады давления и температуры не разрушили емкость, установите анод ближе к нагревательном элементу.
• Запаяйте герметично бак.
• Наполните водой.
• Проверьте систему в работе.

Пластинчатый

Цельный блок конструкции состоит их поочередно размещенных пластин с горячими и холодными средами. Смешивания сред не происходит, поскольку уплотнитель резиновый и многослойный. Пластинчатые виды сложны для собственноручного изготовления, важна герметичность внутренних платин, а для этого нужно специальное оборудование.

Труба в трубе

Обменник состоит из большой трубы и меньшей по диаметру, вставленной внутрь. Среды перемещаются по меньшей трубе, для охлаждения подаются во внешнюю трубу. Конструкция:

• проста в изготовлении;
• легко чистится;
• долговечна;
• применима к любому теплоносителю;
• в отличие от пластинчатой трубы может работать под давлением;
• изменив размеры труб, можно подобрать оптимальную скорость для движения жидкости.

Чтобы трубы не влетели вам в копеечку, тщательно рассчитывайте расход материала.

Для изготовления конструкции подберите две медных трубки по диаметру одна больше другой на 4 мм для зазора:

1. Приварите боковой стороной тройник к обеим сторонам наружной трубы.
2. Вставьте меньшую по диаметру трубку, приварите торцы большой трубки, зафиксируйте положение меньшей трубы.
3. приварите короткие трубки к тройникам на выходе, по ним будет передвигаться жидкость.
4. При использовании стального материала, увеличьте площадь поверхности, соберите батарею из обменников в отдельности.
5. Соедините трубки отрезками, приварите поочередно к обоим тройникам, чтобы получилась змейка.

Воздушный

Воздушный теплообменник состоит из радиатора и вентилятора. Вентилятор охлаждает потоки воздуха, разгоняет их по всей системе вентиляции. Данные вид обменника устанавливают в зданиях администрации, для общественных целей.

Теплообменник своими руками

Как сделать бустер для промывки теплообменника

Бустер состоит из резервуара, насоса для циркуляции воды и электронагревательного элемента. Не нужно разбирать котел отопления для промывки, достаточно отсоединить патрубки, к одному из них подсоединить шланг с нагнетанием через него химического раствора внутрь агрегата. Через другой патрубок раствор будет выливаться, но к нему тоже нужно подсоединить шланг.

Из химических реагентов в основном используется соляная, серная кислота, может заливаться фосфорная, азотная.

Промыть теплообменник не сложно, но соблюдать технику безопасности необходимо, то есть отключить сначала прибор от источника питания, будь то газ, вода, электроэнергия. Демонтаж нужно производить осторожно, поврежденный уплотнитель может привести к протечке конструкции, оборудование быстро выйдет из строя.

Советы и рекомендации

1. Теплообменник важно правильно спроектировать, рассчитать экономическую эффективность, процент гидравлики, обозначить потери тепла, рассчитать конструкцию по геометрическим параметрам агрегата и его узлов, рассчитать тепловую изоляцию устройства.
2. Выбирайте конструкцию для изготовления своими руками по-проще, сделать заводской агрегат практически невозможно.
3. Присоединить теплообменник к системе можно при помощи штуцеров, один поставить внизу для входа холодной воды, второй сверху для входа горячей.
4. При установке обменника ставьте трубы под уклоном согласно схеме.
5. При установке агрегата к печи и использования для топки угля в качестве материала для обменника лучше подобрать чугун, он долговечный, непрогораемый.
6. Для изготовления обменника своими руками возьмите любую модель для примера и следуйте ее параметрам.
7. При использовании печи в целях обогрева и водоснабжения обменник должен забирать на себя не более десятой части вырабатываемого тепла.
8. Пеллеты – хорошее горючее и дешевое по цене, не выделяется сажа, для чистоты очень важно.
9. Проверьте швы у обменника, нельзя допустить их течи, под давлением или высокими температурами в негодность может прийти вся конструкция.
10. Правильно производите расчеты, иначе труды дорого вам обойдутся.
11. Теплообменник по типу труба в трубе легко чистится, долго служит, просто изготовляется, может работать под давлением. Считается самым приемлемым вариантом при собственноручном изготовлении.

Как видите изготовить теплообменник самостоятельно не трудно. Для простой конструкции достаточно бака, двух медных трубок разных по диаметру, змеевика и вентилятора. За счет устройства можно не только обогреть помещение, но и охладить его.

Вещь, подобно обменнику в той, или иной форме имеется практически в каждом доме. Подойдите к работе конструктивно и обстоятельно, изготовьте чертежи, определитесь с выбором материала, следуйте вышеописанной инструкции по изготовлению, сборке и подключению устройства.

При желании и последовательных действиях соберете конструкцию не хуже магазинной, в доме будет тепло и уютно, а устройство – работать безотказно в течение длительного времени.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Теплообменник своими руками

Легко ли сделать теплообменник своими руками и как установить отопление в доме: подавляющее большинство владельцев дач и загородных домов рано или поздно задаются вопросами.

Теплообменники – промышленные и бытовые технические устройства для передачи энергии между двумя средами с разной температурой. Среды называются теплоносителями и могут быть однородными (например, жидкость/жидкость) и разнородными (жидкость/газ). В быту это важная часть системы отопления. Он может быть нагревательным и охлаждающим. В большинстве случаев на границе двух сред имеется твердая перегородка с хорошей теплопроводностью. Среды никогда не соприкасаются между собой, передача энергии всегда идёт в одном направлении. Такие аппараты называются рекуперативными. В металлургической и химической промышленности есть также регенераторные устройства, в которых один и тот же теплоноситель то отдаёт, то забирает тепло. В отдельных случаях к ним относят смесители, в которых встречаются две струи газа или жидкости с разной температурой, но в техническом плане такое определение не выдерживает критики.

Виды теплообменников

В большинстве случаев задача теплообменника – нагрев холодной жидкости, воздуха или твёрдых тел (строительных конструкций). Однако существуют и охлаждающие устройства, примеры которых мы видим в холодильниках и морозильных камерах. Рабочим теплоносителем в них служит газ фреон, принимающий на себя тепло окружающей среды. В двигателях внутреннего сгорания избыток тепла забирает тосол.

В ходе технического прогресса инженеры разработали различные варианты нагревательного теплообменного оборудования рекуперативного типа, в которых используются разные виды активных теплоносителей – горячая вода, водяной пар, нагретая парогазовая смесь, выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания и т.д. Конструктивно можно выделить следующие виды теплообменников:

• кожухотрубные, где под общим кожухом с низкой теплопередачей тесно проложены пучки труб с горячей и холодной жидкостями;




• “труба в трубе”, когда конструкция состоит из внешнего и внутреннего цилиндрических контуров. По внутренней трубе циркулирует горячий теплоноситель, по внешней – холодный. При этом внутренняя труба должна быть сделана из меди или другого материала с хорошей теплопроводностью, а внешняя – из материала с минимальным коэффициентом теплопередачи – например, из полипропилена;




• погружные (змеевиковые), представляющие собой бак с помещённым в нём проточным змеевиком. Горячая жидкость, протекающая по змеевику, нагревает содержимое бака;




• спиральные, в которых нагревающий носитель перемещается по трубкам, завитым в форме спирали. Такая форма обеспечивает максимальную поверхность теплопередачи;






• пластинчатые и пластинчато-ребристые. Они оптимальны как для разогрева теплоносителя внутри них, так и для нагревания воздуха и строительных конструкций вокруг.

Пример такого теплообменника – привычные плоские радиаторы отопления, которые устанавливаются вдоль стен или размещаются в них.

Пластинчатые и цилиндрические конструкции размещаются также и в зоне горения топлива в котлах м печах. В них вода мгновенно превращается в пар и устремляется по контуру.

К теплообменному оборудованию не относятся нагревательные элементы, которые сами генерируют тепло (например, за счёт высокого электрического сопротивления или химических реакций). Часто мы сталкиваемся с многоступенчатым теплообменом. Характерный пример – замкнутый нагревательный контур с горячей водой. С одной стороны, вода проходит через топку котла, где принимает энергию горения топлива, с другой — отдаёт тепло помещению через поверхность радиаторов отопления или труб, проложенных в полу.

Из чего делают теплообменники?

Лучше всех в мире проводит тепло искусственная разновидность углерода под названием графен. Его теплопроводность – более 4.000 ватт на метр-Кельвин, в 10 раз выше теплопередачи серебра. Графит и алмаз значительно отстают от графена, но тоже проводят тепло гораздо лучше любых металлов. Вполне возможно, в недалёком будущем обогрев зданий будет осуществляться с помощью батарей из кристаллического углерода. Опыты в этом направлении ведутся уже давно.

Пока же человек пользуется почти исключительно металлическими теплообменниками. Ввиду дороговизны серебра чаще всего применяются медные трубы и пластины. Теплопроводность меди – 401 Вт/(м-K), что лишь на 29 единиц меньше теплопередачи серебра. Недостаток – значительный удельный вес. Поэтому в помещениях медь заменяют лёгким алюминием. Правда, коэффициент теплопередачи этого металла в 2 раза ниже, чем у меди.

Нержавеющая сталь при всей своей коррозионной стойкости и внешней привлекательности, в качестве материала для теплопередачи не годится. Она проводит тепло в 10 раз хуже, чем серебро и медь.

Бак с теплообменником для печи

Эксплуатация отопительного и нагревательного оборудования связана с потенциальным риском. Горячие носителтели в случае протечки или прорыва трубопровода могут причинить вред здоровью и испортить имущество. Лучший вариант – использовать сертифицированное нагревательное оборудование ведущих мировых производителей. Но если вы имеете техническое образование и навыки работы своими руками, можно для начала попробовать собрать и установить несложный, но эффективный пластинчатый теплообменник для бани.

Несомненный плюс этой конструкции состоит в том, что бак с горячей водой не обязательно встраивать в печь-каменку. Бак располагается автономно, не раскаляется докрасна и не представляет опасности для неосторожных банщиков. Циркуляция воды происходит по двум жаропрочным каучуковым шлангам и медному змеевику, который размещается непосредственно в топке. Секрет в том, что входное отверстие бака находится в его дне, а выходное – ближе к крышке. Змеевик должен располагаться на уровне дна циркуляционного бака. Когда баня не топится, контур находится в состоянии покоя. Как только в змеевике повышается температура, нагретая вода устремляется через отверстие в дне бака, а её место занимает холодная вода из верхней части резервуара. В результате интенсивной конвекции бак объёмом 100 литров можно нагреть до 80 градусов меньше чем за час. Стенки бака делаются из нержавеющей стали, здесь её невысокая теплопроводность играет уже вам на руку, вода не остывает, пока не остынет воздух в бане.

Дополнительным преимуществом такой мини-системы является то, что её монтаж не требует сварки. Отверстия в корпусе бака можно просверлить перфоратором, соединения шлангов и змеевика производится с помощью герметичных переходников. Сделать такой теплообменник своими руками вполне может человек, не имеющий большого опыта работы в области водоснабжения и отопления.

Если вы не понаслышке знаете, что такое электросварка и задумались, как сделать теплообменник для дополнительного обогрева дома, то лучше всего использовать пластинчатую или трубчатую конструкцию, о которой уже говорилось выше. Оптимальный материал для такого устройства – медь. Медный регистр из труб, секция пластин или спираль размещаются непосредственно в топке печи или в нижней части дымохода. При изготовлении самодельного теплообменника важно соблюдать технические условия, следить за качеством сварных швов и герметичностью соединений. Иначе можно вместо тепла в доме или подсобных помещениях получить нешуточную аварию.

Планируя работы, важно помнить, что вход холодной воды в нагревательную часть контура (так называемая «обратка») должен располагаться в самой нижней точке контура. Если дом имеет больше одного этажа и нагрев теплоносителя ведётся постоянно, на чердаке можно устроить накопительный бак. Также не представляет сложности установить на контуре термостаты, которые будут автоматически перекрывать циркуляцию при достижении заданной температуры теплоносителя. Это поможет обеспечить оптимальную температуру в доме. Система должна иметь кран для слива теплоносителя в случае неисправности или перед консервацией дома на зиму.

Самодельный теплообменник для кирпичной печи (16 фото изготовления)

Водяной теплообменник для кирпичной печи, подробные фото по изготовлению самоделки.

Приветствую! В моём деревенском доме построена кирпичная печь на дровах. Печь отопительно-варочная, со встроенной духовкой и камином сзади. Отопительная печь имеет более высокий КПД — лучше сжигает дровишки и использует тепло, но комбинированная с варочным настилом позволяет при топке (обычно, два раза в сутки, утром, вечером) еще и готовить. Это очень удобно, и здорово экономит баллонный газ (дорого и далеко тащить).

Словом, всем хорошо, но и так невеликих размеров плита — чугунный варочный настил с конфорками, наполовину занят баком с водой. Тяжелый (более 50 л воды плюс сама железка) бак, кроме прочего, опирается на не самую прочную часть заделки плиты и предположительно, способствует ее деформации и разрушению. Словом, не место ему там, хотя горячая вода нужна.

Родилось логичное, хотя и несколько хлопотное решение – изготовить и замуровать в печь небольшой металлический теплообменник и соединить его трубами со стоящим на крышке печи баком. Это мощная кирпичная кладка и вес бака для нее – тьфу! И не заметен вовсе.

Освободится для готовки плита, никто не будет ее раскаленную корежить своим весом, да и вообще, железный ящик уберется из полезного рабочего пространства. Единственный момент – ведром наливать холодную воду, в бак под потолком, как прежде уже не выйдет. Для этого будет применен небольшой электрический насосик.

Далее фото изготовления теплообменника:

Теплообменник сварен из прямоугольной «черной» стальной трубы 40х20 мм.

В печи подобрано подходящее для теплообменника место. Здесь, стоит сказать, что частый случай размещения водяных теплообменников непосредственно в топке печи – грубая ошибка. Собственно, понятно – хочется, чтобы грело погорячее, вот и сунуть его прямо в огонь. Практика, однако, говорит иное.

Наиболее выгоден в кирпичной печи высокотемпературный режим горения. При этом максимально догорает органика, дальше по ходу топочных газов выгорает сажа, её в принципе образуется значительно меньше. Такой режим горения принимается при проектировании печи и учитывается в конструкции. Это и небольшая утепленная топка для быстрого нагрева, и огнеупорная футеровка и некоторые другие особенности. Понятно, что размещение теплообменников, интенсивно отбирающих тепло прямо в топке, не дает развиться высоким температурам и со значительным КПД сжигать топливо. Отсюда и засаживание печи, и характерный неприятный запах в помещении, и большой расход дровишек.

Разумно размещать теплообменник за топкой, в специально спроектированных полостях или даже каналах конвекционной системы уже существующей печи. Очень удобны в этом смысле колпаковые печи. Моя имеет два яруса таких полостей-колпаков и один из них на первом этаже подошел чудо как хорошо. Расположена полость над и сзади топки, раскаленные топочные газы выпускаются в нее через щель. Выходные патрубки теплообменника при этом удобно расположены в помещении, соединение с внешним баком будет максимально коротким.

Колпаки в печи плоские, шириной в полкирпича. Ширина моего теплообменника как раз позволяет хорошо расположить его внутри, не опираясь и не прикасаясь к внутренним стенкам. При этом топочные газы будут омывать железку со всех сторон, отдавая тепло.

Входные патрубки теплообменника из отрезков стандартной водопроводной трубы ¾ дюйма, на их концах приварены коротенькие части с резьбой (продаются). Выводы теплообменника – вбок.

Итак, отрезанную заготовку заглушил. Подобрал две пластинки – обрезки полосы, приварил, обрезал лишнее.

В соответствующих местах железку зачистил и разметил места для входных патрубков. Отверстия большого диаметра сделал хрестоматийно – накернил и просверлил изнутри по кругу ряд некрупных отверстий, удалил перемычки, волшебным напильником довел отверстие до желаемой формы.

Основная часть теплообменника готова. Для проверки на герметичность заглушил один из патрубков стандартной заглушкой с лентой ФУМ и погрузив железку в корыто с водой щеками надул воздух. Пара обнаруженных некрупных свищей разделана и заварена.

Теплообменник держится на замурованных в кладку патрубках. Дополнительные пластины-упоры позволяют точно и надежно зафиксировать железку в выбранном положении. Первая внутренняя пластина-упор может быть неказистой и упрощенной. Здесь, применил нетонкие пластины – куски стандартной полосы с выпиленными болгаркой посадочными местами для патрубков.

Выбор положения внутренней пластины на патрубке теплообменника, где: 1 – ширина колпака печи; 2 – отступ железки от внутренней стенки печи.

Выбором положения внутренней пластины-упора определяется положение теплообменника в полости колпака. Оно выбрано так, чтобы железка располагалась примерно в середине колпака, нигде не соприкасаясь с внутренними стенками. При этом максимально задействована полезная площадь теплообменника, газы омывают железку равномерно.

Для правильного и одинакового положения пластин на неровных (разогнутых вверх-вниз) патрубках, на время их монтажа соорудил простейшую оснастку.

Пластины наружные должны выглядеть культурно, половинками не отделаешься. Для них подобрал обрезки нетолстой листовой стали ~1 мм толщиной. Вырезал квадратики, разметил центр и внутреннее отверстие. Его оказалось очень удобно, аккуратно и быстро выпилить ювелирным лобзиком.

Для монтажа внешней пластины использовал обломок кирпича – имитация стенки печи.

Внешние части теплообменника не поленился зачистить, обезжирить и покрасить – два слоя некоей термостойкой эмали для радиаторов.

При нормальной толщине шва (~5 мм) и отсутствии металлического армирования, работа хоть и не самая приятная, но особенных трудностей не вызывает. Ускоряет и облегчает процесс, смачивание глиняно-песчаного кладочного раствора водой. Из пулевизатора. Действовал так. Швы вокруг кирпичей попшикал не допуская потёков, подождал пока вода впитается, еще разок и еще. Влажную кладочную смесь выскреб плоской железкой, снова смочил. В качестве инструмента – кусок станочной пилы по металлу со сточенными зубьями. Работает долго и без видимых изменений. Инструменты вроде шпателя-ножа-отвертки моментально стачиваются до неузнаваемости.

Любые железки замуровываем в печную кладку, учитывая их большее, нежели у кирпичей тепловое расширение – через упругую огнеупорную прокладку. Здесь, это несколько слоев накрученного на патрубки асбестового шнура вымоченного в жидкой глине.

Самодельный теплообменник вмурован в кирпичную печь, затем он будет подсоединён к накопительному баку с водой. Теперь вода в теплообменнике будет нагреваться и циркулировать по контуру, таким образом будет возможность использовать уже подогретую воду для домашних нужд.
Автор самоделки: Сергей.

Теплообменник для палатки своими руками (18 фото + описание)

Самодельный теплообменник для зимней палатки сделанный своими руками, подробное описание изготовления самоделки с фото.

Привет любителям зимней рыбалки! В общем то ездил я на рыбалку с плиткой, удобная маленькая под цанговый баллон. Палатка у меня большая, и вдвоем там раздолье, а вот когда один, просто холодно.

И вот ездил на рыбалку и попал в мороз, нет плитка безусловно помогает, но хотелось бы больше тепла и не задыхаться чтоб, ну и решил сделать самодельный теплообменник для палатки.

Результат превзошел все мои ожидания если честно, в палатке ЖАРА реальная, теперь буду полы делать в палатку.

Итак, на фото показан процесс изготовления теплообменника для палатки. Из материалов понадобится листовой металл, у меня нержавейка 0,8, также понадобится герметик автомобильный высокотемпературный.

Корпус теплообменника сделан без сварки, только клепки.

Радиатор печки от Жигулей (20-ти трубочный) режем вдоль.

В корпус теплообменника поставил вентилятор от компьютера.

Выход трубы под дымоход.

Вот такой теплообменник, весит 1,7 кг. Ставится на плитку маленькую китайскую, труба выхлопа от сантехники 50 мм. Угара нет, тепло есть. Баллона газа хватает на более долгое время, так как не жаришь на всю, также чай вскипятить можно прям на ней в кружке.

Если кто повторять будет — не забудьте обжечь сначала, а то воняет при первой топке.

Фото использования теплообменника в палатке нет, поэтому взяты вот эти из интернета, принцип один и тот же.

Снизу тепло идет от газовой плитки, нагревает трубки. Вентилятор от аккумулятора, прогоняет тепло через трубки. Угарный газ вылетает в трубу.

Важно!!! В палатке должно быть открыто вентиляционное отверстие! Не оставляйте включённую плитку когда ложитесь спать, всегда есть риск отравиться угарным газом!!!

Автор самоделки: Кирилл.

Самодельный котел для водяного отопления своими руками

Без отопления дом не дом. На даче или в гараже тоже иногда без него не обойтись. Но что делать, если централизованного отопления нет и не предвидится даже в далекой перспективе? Стоит подумать об установке системы водяного отопления.

Самодельный котел водяного отопления

Когда не хватает денег на покупку заводского котла, на помощь приходят смекалка и опыт поколений мастеров, создававших нагреватели воды своими руками. Самодельный котел для водяного отопления не представляет особой сложности. Надо знать устройство, принцип функционирования котла и четко следовать рекомендациям.

Принцип работы

Работа котла, в том числе самодельного, базируется на сгорании в нем топлива и нагревании теплообменника с последующей передачей тепла теплоносителю. В нашем случае воде. Конструктивная схема и внешний дизайн зависят от доступности тех или иных материалов, видов топлива. В качестве топлива используются дрова, уголь, реже – отработанное масло.

Эффективность зависит от конструкции теплообменника. От площади и времени соприкосновения теплоносителя с теплом, получаемым из топки, зависит отдача. КПД котла зависит от полноты сгорания топлива. Когда пиролизный газ просто уходит в трубу, а поступление кислорода к камере сгорания недостаточно, не стоит ожидать больших результатов.

Решение одно – добиваться снижения температуры выходящих газов. Низкая температура на выходе дымохода увеличивает безопасность, продлевает срок службы нагревателя.

Требуемые материалы

Конструкцию реализуют двумя путями:

• Разместить емкость с водой над топкой (в рубашке между стенками котла).
• Пустить воду через змеевик, который проложен в камере сгорания на выходе продуктов горения из топки.

Первый – это классический вариант, позаимствованный из русской бани. Второй способ подходит для проточного котла с более высоким КПД. Детальную схему находят в интернете или заимствуют у знакомых, уже реализовавших данную идею.

Самодельный теплообменник

Для котла понадобится металл толщиной не менее 5 мм. Топку лучше делать из чугуна, но его литьем сегодня мало кто занимается. Поэтому, ее изготавливают из жаропрочной стали легированной. Если использовать обычную сталь, то она может быстро деформироваться и даже прогореть. Чтобы укрепить стенки, их обкладывают огнеупорным кирпичом, что не всегда практично.

Для водяной рубашки подойдет металл обычного качества (например СТ20) толщиной 3 мм. Для труб, по которым проходят газы (их называют дымогарными), оптимальный диаметр – 50-75 мм. Материал лучше брать такой же. Конструкция рубашки выполняется жесткой, чтобы обеспечивать принудительную циркуляцию воды, когда нет электричества. Для этого наружные стенки топки укрепляют ребрами из металлопрофиля, к которым приварится внешний корпус. Шаг установки рекомендуется делать не менее 15 см.

Дверцы рекомендуется делать двухслойными с прокладкой теплоизолятора – асбеста, волокон базальта или их сочетаний. Их герметизируют шнуром из асбеста. Петли ставят регулируемые. Ручки покрывают эбонитом или текстолитом.

Диаметр выходного патрубка не менее 15 см, а длина трубы дымоудаления составляет 5-6 метров. Так обеспечивается естественная тяга. На выходе воды ставят обратный канал с трехходовым термодатчиком, настроенным на +55 градусов. Если вода не нагрелась до этой температуры, она пойдет по малому кругу. Как только температура достигнет +60 градусов, начнется забор воды из системы.

Насос нагнетания допускает использование труб с меньшим диаметром. Кроме того, бак с водой не требуется поднимать слишком высоко.

Если в систему включен насос, вода закипит при пропадании электричества.

Устройство твердотопливного котла

Чтобы такого не произошло, требуется установка предохранительного клапана в водяную рубашку. Еще лучше установить источник бесперебойного питания или генератор. Не позволит котлу закипеть и теплоаккумулирующая емкость. Кроме того, она обогреет дом после полного сгорания топлива.

Манометры и термометры должны в обязательном порядке включаться в схему работы котла. Трубки для подачи воды и собственно теплообменника рекомендуется выбирать диаметром дюйм – дюйм с четвертью. Желательно, чтобы они были оцинкованные. Места резьбового соединения герметизируют льном и суриком.

Возможные конструкции котлов отопления

Самый распространенный – на дровах. Его сделать проще, но у него низкий КПД. Простейшая конструкция выполняется таким образом: в трубу большего диаметра вставляется трубка с меньшим. Последняя играет роль топки, а между трубами циркулирует вода.

Эффективны пиролизные котлы. Их КПД доходит до 92%. Они используют процесс сухой перегонки древесины. В этом случае топливо распадается на кокс и газ, который называют пиролизным. При соединении последнего с кислородом, происходит воспламенение с освобождением большой энергии. Одна порция дров в таком агрегате горит в три раза дольше, чем в обычном котле, а золы в несколько раз меньше.

Но пиролизный котел требует сухих дров. Их влажность не более 30%. Плюс, дороже обойдутся материалы.

Схема пиролизного котла

В котле, работающем на отработанном масле, реализован другой принцип. Когда на раскаленный поддон попадает масло, оно мгновенно испаряется, а выделившиеся газы нагревают емкость или трубки с водой. Такой котел топят даже соляркой.

Электрический котел предполагает использование ТЭНов. Их можно просто установить внутри вертикальной трубы. Сверху организуют подачу воды, а обратную линию подключают снизу. Основной недостаток такого котла – малая мощность. Дело в том, что котлы мощнее 7 кВт подключать к сети напряжением 220 вольт запрещено. Для них требуется сеть 380 вольт.

На видео можно ознакомиться с устройством самодельного котла:

Инструменты для сборки котла

Сделать можно из подручных средств и при помощи стандартных инструментов, без дополнительного специального оборудования. Чтобы отважиться на самостоятельную работу, в хозяйстве должны быть:

• Листовой металл. Используют и старую чугунную печь.
• Трубы стальные разного диаметра, в том числе, оцинкованные.
• Старые стальные или чугунные дверцы и заслонки. Их делают самостоятельно, но лучше поискать на свалке или в магазине.
• Автомобильный радиатор. Его используют как теплообменник.
• Дрель.
• Сварочный аппарат.
• Болты, гайки, уголок, метизы, гаечные ключи, герметик и пакля.

Если в конструкции предусмотрен насос, надо найти и его. Еще понадобятся датчики давления, температуры и термостат.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

Как построить — Теплообменник перекрестного потока воздух-воздух своими руками HRV

Сообщение блогера LouDawson.com Лу Доусона | 12 февраля 2016 г.

Готовый теплообменник, расположенный под потолком в офисной мастерской. Фактический теплообменник покрыт блестящей пузырчатой ​​изоляцией, выступающий влево белый стержень трубы — это воздухозаборник для внутреннего воздуха, он удлинен для предотвращения короткого замыкания входных / выходных отверстий. Два вентилятора с регулируемой скоростью вращения — это черные объекты, расположенные на концах. Щелкните все изображения, чтобы увеличить.

Моя студия-офис-мастерская, где мы занимаемся лыжным снаряжением и многим другим, переделана, чтобы сделать ее более герметичной. Нужна вентиляция. Летом здесь, в нашем умеренном климате, я могу просто открыть окно и подставить вентилятор, если мне нужно больше, чем нормальный поток инфильтрационного воздуха. Но платить за нагрев атмосферы планеты во время горных зим не входит в наш бизнес-план. Решение : теплообменник свежего воздуха воздух-воздух, также известный как вентилятор с рекуперацией тепла или HRV. Но хочу ли я продать свою душу за дорогое коммерческое предприятие, которое, как я слышал, имеет тенденцию бросать работу всего через несколько лет? Забудь это.Сделай сам на помощь.

Я придумал эту самодельную конструкцию, основанную на многолетнем опыте работы с деталями сантехники и вентиляции, а также на знании основ теплообмена воздух-воздух. Это просто. Легко переоценить. Моя конструкция предназначена для работы и прослужит долгие годы, это не временный научный эксперимент.

Суть : Установите что-нибудь, что направляет поток воздуха снаружи рядом с выдувом воздуха из помещения — вы меняете два потока — и позволяете одному потоку воздуха нагреть / охладить другой, чтобы вы «восстановили» энергию.Для этого вам понадобится «элемент» или «сердечник», который хорошо проводит тепло, способ пропускания воздуха рядом с сердечником и оболочка, вмещающая все это. Вентиляторы с регулируемой скоростью, изоляция и беспроводные термометры завершают конструкцию этого HRV.

Моя конструкция делает все это довольно просто. Сердцевиной этого теплообменника является 3-дюймовый алюминиевый ребристый расширяемый канал «осушитель». Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому является хорошим материалом для сердечника теплообменника. Корпус представляет собой 4-дюймовую тонкостенную водопроводную трубу из белого ПВХ CL200.(Обратите внимание, комментаторы предполагают, что жесткая алюминиевая труба воздуховода будет работать так же хорошо, как расширяемый воздуховод сушилки, и с ней будет легче работать. Я согласен. Если вы строите, используйте жесткий воздуховод, возможно, с наклеенными точками из пенопласта для распорок.

При тестировании временного натяжения буровой установки, проходящей через окно в холодный наружный воздух здесь, в Колорадо, моя конструкция с самого начала работала достаточно хорошо. Возможно, это могло быть короче. Слишком большая площадь поверхности ядра на самом деле ничему не повредит, это просто отбрасывает ваши наблюдения за эффективностью, потому что входящий воздух продолжает «закаляться» за пределами равномерного обмена энергией.Все это можно контролировать с помощью скорости воздуха, а также размера, поэтому не зацикливайтесь на размере. Обменник легко укорачивать, а удлинять труднее.

Спецификация трубы важна. Обычный ПВХ сортамента 40 имеет слишком толстые стенки, чтобы обеспечить достаточное пространство для воздуха вокруг алюминиевого сердечника воздуховода. «Дренажная» или «канализационная» труба ПВХ имеет достаточно тонкие стенки, чтобы создать воздушное пространство, но не имеет наружного диаметра, как у обычной трубы сортамента 40, что ограничивает ваши возможности выбора фитингов. ПВХ-труба CL200 имеет такой же внешний диаметр, как и у сортамента 40, но имеет более тонкую стенку, поэтому вокруг сердечника достаточно места для потока воздуха.Идеально. (Другие типы трубок могли быть лучше, но их добыча в нашей горной долине занимала много времени, см. Примечания ниже).

Сборка

Я выбрал произвольную длину (8 футов). Тестирование показывает, что этот размер полностью соответствует моему выбору вентиляторов (см. Список деталей ниже) и, возможно, может работать с более высокими объемами воздуха. Вам понадобится место, где можно установить что-нибудь такой длины, не испортив интерьер. место с температурой окружающей среды, близкой к вашей жилой площади.В доме может работать подвал или подвал. Летом на чердаке будет слишком жарко, а зимой — слишком холодно. В жилых помещениях творческий подход к местоположению может быть столь же важным, как и сама инженерия, поскольку вам необходимо учитывать такие вещи, как распределение приятного свежего воздуха. Более того, при размещении вентиляционного отверстия, которое втягивает воздух в помещении возле потолка, используется более теплый многослойный воздух, который в противном случае просто сохраняет неиспользованную энергию. Здесь, в моем магазине с одной комнатой размером 25 х 20 футов, я просто установил под потолком деревянную балку, идущую по центру комнаты.Это работает, так что выглядит красиво. Если бы это не сработало, я бы оставил это там, чтобы смирить себя.

Имейте в виду, что вам нужно сделать примерно 5-дюймовый круглый проход во внешней стене, убедитесь, что требуемое отверстие не прорезает непосредственно элемент каркаса стены и, конечно же, подумайте о косметике и солнечном нагреве вашей вентиляции. (подробнее об этом ниже. ) Внутренний вход и выход разделены достаточно далеко, чтобы избежать короткого замыкания вентиляционного отверстия. Внешние вентиляционные отверстия также должны быть разделены, это не так важно, как в помещении, так как на открытом воздухе воздух обычно немного пронизан.

Начните с 8-футового куска 4-дюймовой ПВХ-трубы, надеюсь, на верстаке, а не на коленях.

1. Возьмите 4-дюймовые Т-образные фитинги из ПВХ. Сделайте заглушки, вставив 5-дюймовый кусок 4-дюймового ПВХ в одну сторону 4-дюймовых Т-образных фитингов. Забейте трубу из ПВХ пластиковым или резиновым молотком до тех пор, пока соединение не станет плотным. Не переусердствуйте (возможно, позже вам придется перевернуть) и ничего не склеивайте. Более того, позаботьтесь о том, чтобы ничего не испортить или иным образом не повредить, поэтому вы можете вернуть большинство деталей в свой магазин с большими коробками, если вам не понравятся результаты.Ваши резиновые муфты 3 × 4 будут устанавливаться на 5-дюймовые части 4-дюймового ПВХ, но пока не устанавливайте муфты 3×4.

Ваши «заглушки» в конечном итоге будут выглядеть так. Резиновая гибкая муфта 3 × 4 центрирует сердцевину 3-дюймовой трубы внутри 4-дюймовой оболочки, поэтому воздух может обтекать сердцевину.

2. Вытяните алюминиевый воздуховод примерно на 7 футов. Прикрепите 3-футовый кусок 3-дюймового ПВХ к одному концу алюминиевого сплава (это ваша внутренняя сторона) и 18-дюймовый кусок 3 дюйма к другому концу алюминиевого сплава.Я сделал несколько соединительных муфт из алюминиевых соединителей воздуховодов сушилки и заклеил стыки изолентой. Вы не сможете получить доступ к этим соединениям для обслуживания, и если они выйдут из строя, система не будет работать, поэтому подумайте о том, чтобы натянуть проволочные стяжки поверх изоленты или иным образом добавить страховку.

Вытяжка вентиляционного канала сушилки, используемого в качестве сердечника. Будьте осторожны, не сжимайте и не сжимайте, держите его красивым и круглым.

3. Вставьте полученный сердечник в 4-дюймовую оболочку из ПВХ.

4.Наденьте заглушки (из шага 1) на концы сердечника и запрессуйте 4-дюймовые Т-образные фитинги на концы 4-дюймовой оболочки.

5. Распылите немного воды на выступающую 3-дюймовую трубу и сдвиньте резиновые муфты 3 × 4 так, чтобы они сопрягались между 3-дюймовым ПВХ и 4-дюймовым.

Стыки сердечника выполнены из алюминиевого листа и ленты Gorilla Tape. Добавьте много ленты для хорошего уплотнения. Я не использовал силикон, так как хотел, чтобы все было обратимо, если я разберу его, чтобы проверить наличие плесени и уплотнений.

6. Критический шаг: вам нужно что-то, чтобы поддерживать воздушное пространство между ядром и оболочкой. Некоторые сборки, которые я видел на Youtube и в других местах, используют куски липкой пены и тому подобное, чтобы отделить одну поверхность от другой. Мне нужно было что-то более стабильное и механическое, поэтому я установил несколько дюжин крепежных винтов в оболочку трубы из ПВХ на тщательно рассчитанной глубине, чтобы они действовали как прокладка для основного компонента. На каждом конце оболочки убедитесь, что три из этих винтов поддерживают 3-дюймовую трубу из ПВХ. Таким образом, после затяжки фитинга 3 × 4 3-дюймовый ПВХ становится устойчивым и устойчивым.См. Список деталей для размеров крепежных винтов, которые я использовал, но из-за точного выбора материалов обязательно оцените свою установку и выберите винты правильного размера. Я поместил шайбы под головки винтов, чтобы настроить точную глубину проникновения.

Обратите внимание, что вы используете «крепежные винты», потому что у них плоский конец, который не проткнет алюминиевый сердечник, если вы будете осторожны с глубиной и поверните корпус так, чтобы вы вставляли винты сверху, позволяя сердечнику чтобы он не касался винта при установке.Я разобрал свой прототип и осмотрел, винты не причинили никаких повреждений, но я был очень осторожен при установке.

Чтобы установить крепежные винты для центрирования сердечника, нарисуйте тройку прямых линий на оболочке, используя верстак в качестве направляющей, просто проведите маркером по прокладке, в этом случае я установил маркер на свой рулон ленты.

Измерение расстояния между тремя рядами винтов, равными длине, так что внутреннее ядро ​​удерживается аккуратно и равномерно от корпуса, создавая воздушное пространство для потока.

Крепежный винт с шайбами ​​для точного установочного расстояния.Важно, чтобы эти винты не проделывали отверстия в сердечнике.

Вставляя винты в направляющие отверстия, они легко ввинчиваются в пластик.

7. Теперь у вас должен получиться длинный кусок 4-дюймовой трубы с 3-дюймовыми заглушками, выступающими с обоих концов. Более длинный огрызок проходит внутрь вашего жилого помещения, короче — до дневного света.

8. Установите теплообменник так, чтобы наружный конец (с более короткой 3-дюймовой трубкой) выходил на дневной свет. В моем случае я вырезал довольно аккуратное отверстие в наружной обшивке здания, снял Т-образный фитинг с наружной стороны теплообменника, продвинул 4-дюймовый ПВХ через отверстие, затем заменил Т-образный фитинг снаружи, чтобы он выступал в качестве воротника, плотно прилегающего к сайдингу здания, чтобы помочь сделать внешний вид более аккуратным.Наклоните весь теплообменник как минимум на 1/4 дюйма на улицу, чтобы конденсат быстро стекал наружу. Вам понадобится какая-то система поддержки в помещении. Я установил сбоку на потолочную балку, для чего потребовалось просто использовать кронштейны для одной трубы и винты. Вы можете повесить на балку пола в подвесном пространстве с помощью сантехнических ремней. Все, что работает, просто помните, что все это должно быть разбито, и вам нужно подумать о том, как вы получите как входной, так и выходной поток в ваше жилое пространство с минимальными изгибами труб.

Это хорошее место для упоминания «короткого замыкания», означающего ситуацию, когда ваш входящий вентиляционный воздух оказывается захваченным выходящим потоком, не смешиваясь с объемом воздуха в жилом помещении. В помещении для предотвращения этого следует подумать о том, чтобы расположить вентиляционные отверстия на расстоянии не менее 3 футов друг от друга. В моем случае я хотел использовать более теплый стратифицированный воздух около моего потолка, поэтому я поставил выходное отверстие высоко, а входной — ниже.

9. Наружная отделка проста.

A) Уплотните трубу в том месте, где она проходит через стену, используя что-нибудь реверсивное на случай, если вам придется снять установку для обслуживания.Если вы ожидаете много влаги, возможно, добавьте кусок листового металла, который будет действовать как защита от дождя над проемом в стене.

B) Если вы еще этого не сделали, обрежьте конец 3-дюймовой трубы, чтобы получился наклонный проем, обращенный вниз. C) Закройте 3-дюймовое отверстие сеткой от насекомых. D) Поместите примерно 24-дюймовый отрезок 4-дюймового ПВХ во внешний Т-образный фитинг.

C) Добавьте что-то вроде «звонка» к наружному вентиляционному отверстию. Я использовал дорогую муфту увеличенного размера из ПВХ 4 × 6, что-то из мира вентиляции листового металла было бы намного дешевле и, вероятно, подойдет.Идея состоит в том, чтобы создать держатель пылевого фильтра с большой площадью поверхности. Вырежьте круглый кусок дешевого печного фильтра и запрессуйте его в 6-дюймовую сторону вашего «раструба».

D) Заверните несколько шурупов для листового металла в запрессованные соединения внешних труб, чтобы они не разъединились во время расширения и сжатия. Опять же, не используйте клей, сделайте так, чтобы все было двусторонним и дружественным к вашей системе подачи воздуха.

10. Установите вентиляторы в помещении. Установите короткий отрезок 4 дюйма на открытую 4-дюймовую сторону внутреннего Т-образного фитинга, обрежьте 4-дюймовый фланец для установки вентилятора и установите вентилятор так, чтобы он втягивал воздух в жилое пространство.Аналогичным образом установите 3-дюймовый фланец на открытую 3-дюймовую трубу, выступающую из конца сборки. Этот вентилятор забирает воздух из помещения и выдувает его наружу через теплообменник. Используйте крепежные винты довольно небольшого диаметра, чтобы прикрепить 120-миллиметровые вентиляторы, и вы можете сделать диагональные отверстия во фланцах из ПВХ, чтобы они совпадали с отверстиями в вентиляторах. Я использовал маленькие гайки с накаткой, чтобы снимать и заменять вентиляторы без инструментов.

Фланец «под шкаф» из ПВХ

идеально подходит для крепления 4-дюймового вентилятора. При выборе убедитесь, что фланец крепится к трубе таким образом, чтобы ограничивать поток воздуха как можно меньше.См. Список деталей для предложений.

11. Установите два датчика термометра в небольшие отверстия, которые вы просверливаете в трубе из ПВХ. Один наружный датчик в конце вентиляционного отверстия, обеспечивающего воздух в помещении (датчик с пылевым фильтром). Это будет ваша температура наружного воздуха — обычно такая же, как и ваша температура наружного воздуха, хотя расположение компонентов теплообменника на открытом воздухе в солнечном месте может вызвать колебания температуры. Установите датчик номер два сразу за вентилятором приточного воздуха.

Говоря о расположении наружных вентиляционных отверстий, в моем случае я использую этот теплообменник только тогда, когда на улице холодно, поэтому я подумал, почему бы не установить там, где наружное вентиляционное отверстие нагревается солнцем, для небольшого дополнительного солнечного нагрева моего входа воздух? Аналогичным образом, если вас беспокоит, что солнце влияет на работу теплообменника, расположите вентиляционные отверстия снаружи в тени.

12. Важно изолировать самодельный кожух теплообменника, чтобы избежать ложного теплообмена, когда поступающий воздух забирает тепло из окружающей среды через внешнюю стенку трубы теплообменника.На мой взгляд, достаточно тонкого слоя утеплителя. Я сделал куртку из этой пузырчатой ​​пленки с фольгой от Lowe’s, зашитой изолентой. Мне нравится этот материал, потому что он огнестойкий (я думаю о пожарной безопасности со всеми своими проектами, сделанными своими руками, поскольку они, как правило, так далеко выходят за рамки параметров любых строительных норм и правил). Для бюджетной изоляции просто оберните пузырчатой ​​пленкой. Обратите внимание, что мы используем нашу обычную пластиковую трубу для внешней оболочки, которая замедляет паразитную теплопередачу. Но вам нужен слой изоляции, особенно при очень высоких или низких температурах наружного воздуха.Поскольку наш теплообменник в основном используется в холодную погоду, я установил его на высоте потолка, чтобы паразитная теплопередача происходила от более теплого стратифицированного воздуха в помещении, вероятно, с почти нулевой чистой денежной потерей в счетах за отопление. Если сомневаетесь, просто добавьте еще один слой изоляционной пленки.

Окончательная установка перед обертыванием оболочки двумя слоями изоляции «пузырчатая фольга».

13. Тест. Включите вентиляторы, когда температура в помещении и на улице значительно различается. Следите за своими показаниями на термометрах.Надеюсь, вы удивитесь, насколько хорошо это работает. Я был.

Наружная вентиляция, на солнечной стороне моей студии-магазина-офиса. Солнечное тепло зимой повышает эффективность и предотвращает появление плесени. Вентиляционное отверстие из помещения в улицу закрыто (вверху), чтобы не допустить насекомых или мелких людей, входное отверстие в помещении фильтруется с помощью печного фильтра в «колоколе», сделанном из водопроводной арматуры. Эта странно выглядящая конфигурация связана с тем, что входное и выходное отверстия должны быть разделены, чтобы предотвратить короткое замыкание и смешивание входящего и выходящего воздуха.К сожалению, эта конфигурация находится на стороне моего магазина, выходящей на улицу, но должна быть на солнечной стороне для повышения эффективности и смягчения любых проблем с конденсацией. Чтобы сделать его красивым, я, вероятно, построю деревянную балку поверх всего этого, чтобы это не выглядело так, как будто я занимаюсь тем, что мы вежливо называем «домашнее садоводство в Колорадо».

ПЕРЕЧЕНЬ ДЕТАЛЕЙ

Термометр, датчик несколько от Amazon, один. $ 56,00

Полужесткий гибкий алюминиевый воздуховод 3 ″ x 8-0, продукт № L301 от Lowe’s (используется для сердечника, который является ключом к реализации этого проекта), 10 долларов США, один.

4 ″ A-2000 PVC (более тонкая стена, чем у спецификации 40), 12 футов, 22,00 долл. США (от поставщика сантехники).

3 ″ A-2000 PVC (более тонкая стена, чем у спецификации 40), 6 футов, 10,00 долларов США (от поставщика сантехники).

4 дюйма, тип 40, Т-образные фитинги из ПВХ, 2, не удалось найти в Lowe’s, по 11 долларов за штуку в магазине сантехники.

6 ″ x 4 ″ Переходная муфта Sch 40 (используется для фильтра на внешнем входе блока) $ 11,00

(Важно, чтобы два нижних фланца, используемые для крепления вентиляторов, подходили НАД вашей трубой, чтобы не создавать препятствий потоку воздуха из-за толщины внутренней муфты.Все фитинги в этом проекте имеют фрикционную посадку, клей не используется, поэтому, если фитинг необходимо стабилизировать, вставьте винт для листового металла через пилотное отверстие. Оставьте большую часть фитингов без фрикционной посадки, чтобы можно было легко разобрать теплообменник для последующей очистки, обслуживания или модификаций.)

Фланец из ПВХ (штуцер для унитаза, фланец для туалета) для монтажа НАД 3-дюймовой трубкой для монтажа вентилятора на 3-дюймовом ПВХ, артикул 253221 Lowe’s, 4,00 доллара США, 1 штука

Фланец из ПВХ, как указано выше, для монтажа НАД 4-дюймовой трубой, товар Lowe’s 253231, 5 долларов США.00, одна

(Эти резиновые соединители работают очень хорошо, но являются немного дорогими, но необходимы для упрощения сборки проекта.)
Резиновые «без ступицы» Гибкие соединительные фитинги из ПВХ диаметром 4 x 3 дюйма с зажимами для шлангов, товар 23478 Lowe, По 9,30 долларов США, два

Небольшой кусок фильтрующего элемента печи, вырезанный круг для запрессовки в наружный конец блока.

Это модель вентилятора Cooltron, которую я использовал, заявленная мощность 56 куб. Футов в минуту при максимальной скорости.

А это регулятор скорости вентилятора.

Сверло для установки центрирующих винтов для стержня, 9/64 позволяет самонарезание крепежных винтов, используемых в качестве центрирующих опор для стержня. Не используйте винты с острым концом, так как они могут проткнуть сердцевину.

3/4 дюйма Крепежные винты 10/24 с головкой под крестовую отвертку 20 плоских шайб 3/16 дюйма, чтобы крепежные винты не заходили слишком далеко внутрь, используйте по две на каждый винт. 40

Предупреждение о плесени: Любой воздухо-воздушный теплообменник создает возможность роста плесени в ваших воздуховодах, независимо от того, какая часть производит конденсацию (в нашем случае воздуховод, перемещающий воздух из помещения на улицу, является местом, где может образоваться конденсат). не беспокойтесь об этом, так как воздух в выхлопном пространстве нашего теплообменника выдувается наружу, предотвращение образования плесени всегда является хорошей идеей.Тестирование покажет реальность этого, но, по крайней мере, мы думаем, что простое хранение аэрозольного баллончика увлажнителя для предотвращения образования плесени и время от времени разбрызгивание его на вентиляторы решит проблему, а также позволит солнцу запекаем нашу внешнюю вентиляцию. Говоря о загрязнении, не забудьте в конце концов установить фильтр тканевого типа на входе (в закрытый) конец вашей вентиляции, а также поместить экранный провод поверх другого наружного вентиляционного отверстия (наружный воздух в помещение). К счастью, наш дизайн начинается с красивого 4-дюймового входа большего размера; Я увеличил это до фитинга диаметром 6 дюймов, который удерживает круглый кусок печного фильтра.

http://www.engineeringtoolbox.com/ventilation-heat-recovery-d_244.html

Комплект вентилятора AC Infinity AI-120SCX с регулировкой скорости для охлаждения шкафа, одинарный, 120 мм

ПРИМЕЧАНИЯ
Насколько я понимаю, эффективный теплообменник приведет к тому, что температура входящего воздуха будет близка к комнатной. По-видимому, это легко сделать с холодным наружным воздухом и теплым влажным воздухом в помещении, если вы достаточно замедлите движение воздуха, чтобы обеспечить неторопливый обмен тепловой энергией между двумя объемами воздуха.

В реальных условиях вы хотите, чтобы ваш теплообменник был достаточно эффективным, но тратить целое состояние и занимать место для чего-то сверхэффективного может оказаться непрактичным. Возможно, лучшее практическое правило — пока ваш воздух, поступающий с улицы, по температуре довольно близок к температуре окружающей среды в помещении, у вас все в порядке. Если разница становится слишком большой, либо разница температур снаружи и внутри слишком велика, либо вам нужно замедлить работу вентиляторов, либо построить теплообменник с большей площадью поверхности сердечника (или и то, и другое).Кроме того, по мере увеличения разницы между температурами на улице и в помещении ваша производительность может ухудшиться. Моя установка невероятно хорошо работает при перепаде температур около 30 градусов по Фаренгейту, но я уверен, что увижу снижение производительности, когда на улице 10 градусов, а в помещении — 68.

В случае этого проекта испытания показали поразительную эффективность: температура в помещении составляет около 67 градусов, а на открытом воздухе — около 38 градусов. Температура поступающего воздуха составляла 66,4 градуса, корпус хорошо изолирован для предотвращения паразитного нагрева корпуса от окружающего воздуха в помещении.Оказалось, что мой первый выбор вентиляторов 45 куб. Фут / мин был временами слишком ограничен для вентиляции, в которой я нуждался, преодолевая сопротивление трения воздушного потока, поэтому в моей окончательной сборке используются вентиляторы с регулируемой скоростью с заявленной скоростью 56 куб. Я обычно не запускаю вентиляторы на максимальной скорости, и кажется, что они пропускают достаточно воздуха, так что, возможно, в конце концов я мог бы использовать вентиляторы 45 CFM. Как бы то ни было, экспериментировать с различными вентиляторами несложно (мои крепятся к устройству винтами с накатанной головкой, так что я могу поменять их за считанные минуты).

Я также обращал пристальное внимание на производительность холодным зимним утром в Колорадо, иногда около нуля по Фаренгейту. Производительность была в порядке.

ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Расположите элементы управления вентиляторами для облегчения доступа. Помните, что вы — мозг этой установки, а не микропроцессор, как у коммерческих теплообменников. Например, предположим, что у вас на всю ночь было отключено отопление, теперь в вашем жилом помещении прохладно, а на улице у входного вентиляционного отверстия стало теплее из-за солнечного утра? Просто выключите выходной вентилятор (тот, который выталкивает воздух из вашего жилого помещения) и включите входной вентилятор на полную мощность, чтобы всасывать это бесплатное отопление в помещении.Кроме того, вместо того, чтобы запускать эту штуку 24/7, подумайте о том, чтобы подключить своих поклонников к таймеру, который полностью отключает ваш обменник в самое холодное (или самое жаркое) время дня. Например, я настроил свой так, чтобы он отключался около 23:00 и просыпался утром за час или около того до того, как обычно сажусь за свой стол.

Кто-то может спросить: «Может ли инженер вычислить все эти вентиляторы с рекуперацией тепла, чтобы я знал, какой длины, какие вентиляторы CFM и тому подобное?» Возможно, с помощью сложного компьютерного моделирования и полевых измерений это можно было бы сделать.Но в практическом смысле нет. Инженер должен знать точную CFM движения воздуха внутри каналов, а также точную площадь поверхности вашего сердечника. Даже в этом случае у них не было бы точного способа учесть турбулентность воздушного потока. Паразитное охлаждение или нагрев агрегата воздухом в помещении также будет трудно рассчитать. Вероятно, лучший способ усовершенствовать эти единицы — это просто собрать эксперименты.

Одно из измерений, которое вы, вероятно, захотите, — это CFM, который вы получаете, когда все работает и ваши температуры выглядят хорошо.Приблизительно измерить CFM можно, поместив пластиковый мешок для мусора известного объема над входным отверстием в помещении, посчитав, сколько секунд потребуется для заполнения, а затем посчитав.

Я представляю, что человек, у которого достаточно времени, мог бы создать мой теплообменник свежего воздуха, используя весь «дренажный / канализационный» ПВХ, известный как тонкостенный DWV. Это было бы отлично. Crux приобретает такие детали, как фланцы крепления вентилятора. Следующая сборка, которую я делаю, я пробую DWV — это, вероятно, сэкономит как минимум 50 долларов по сравнению со сборкой, которую я сделал с использованием местных безрецептурных материалов.См. Http://www.pvcfittingsonline.com/fittings/dwv.html

.

Регуляторы скорости вентилятора необходимы для настройки производительности и шума.

Таймер, на мой взгляд, тоже важен, нет причин перемещать слишком много воздуха.

Многосенсорный термометр для дома и улицы

также важен, иначе вы просто будете гадать о производительности.

Комментарии

DIY Вентиляция с рекуперацией тепла. Теплообменник для нашей юрты. Как избавиться от сырости и плесени в юрте.

Дешевая, но эффективная самодельная система вентиляции с теплообменником.

КПД около 50%.

(Статья Википедии http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_recovery_ventilation)

Позже в этой статье я также коснусь некоторых других причин и способов устранения сырости в юрте.

Устройство здесь, по сути, рекуперирует тепло от теплого влажного воздуха, который выводится наружу в систему забора холодного свежего воздуха.

Вот готовый продукт:

Он тонкий и помещается за шкафом, вне поля зрения и вне поля зрения.

Он абсолютно бесшумный, работает с компьютерными вентиляторами с низким энергопотреблением 12 В.

Это обошлось мне меньше чем в 15 фунтов стерлингов.

Принцип прост. Большая площадь поверхности обмена между выхлопным и всасывающим трактами.

Матрица попеременно направленных путей означает, что в небольшом пространстве создается огромная площадь поверхности.

Эти изображения ясно показывают концепцию;

Идеальным материалом для матрицы был бы хороший проводник.Тонкие алюминиевые листы чаще всего используются в коммерческих помещениях, они не подвержены коррозии из-за влаги и конденсата и очень хорошо проводят тепло.

Я использовал целлюлозный «гофрированный» пластик. Пластик — изолятор, а не проводник, поэтому он далек от идеала, но результаты все равно впечатляют. Это материал, который у меня валялся повсюду, он умолял о переделке. Он обычно используется в рекламных щитах и ​​вывесках «продается». Выглядит это так:

Я разрезал листы на квадраты и поочередно складывал их стопкой:

Плотно упакованная стопка была помещена внутрь корпуса из МДФ, сделанного из обрезков от предыдущего проекта.Матрица заклеена по углам силиконом:

Компьютерные вентиляторы 12v питают устройство. Их вытащили из списанных БП. Они бесшумны в работе и обеспечивают идеальный мягкий поток, чтобы дать достаточно времени для теплообмена через матрицу. Думаю, если они будут дуть слишком сильно, это снизит эффективность. Я подключил их последовательно, чтобы они работали очень медленно. Они питаются от старого трансформатора на 12 В.

Влажный воздух, соприкасающийся с холодной поверхностью, скорее всего, вызовет конденсацию.По этой причине вся установка должна иметь возможность правильно дренировать. Вот почему матрица находится вверху своим концом, так что все ячейки в материале спускаются вниз. Как видите, я просто создал эффект «ведра с подкладкой» в нижней части устройства с помощью сложенной ПВХ пленки. Я подключил герметичный соединитель шланга сбоку к красному шлангу справа. Это позволит всей собранной воде стекать наружу.

Я закрыл блок, заполнил зазоры, отшлифовал углы и края и покрасил его в черный цвет оставшейся краской.Здесь он проходит испытания на стенде.

Я подключил его к таймеру, чтобы он работал 19 часов в сутки. Он выключен в самое холодное и влажное время ночи перед восходом солнца. В противном случае он работает каждый день и обеспечивает постоянный приток свежего воздуха. Я провел различные тесты и определил, что КПД блока составляет около 50%.

То есть, если в юрте двадцать градусов тепла, а снаружи ноль, то поступающий свежий воздух — десять градусов. Неплохо для проекта, который стоил мне меньше пятнадцати фунтов.

Мои мысли по апгрейду …

Может, лучше не выпускать теплый воздух, а просто пропустить его через матрицу, а затем обратно в комнату?

Это означало бы, что 50% тепла, оставшегося в воздухе, не будет потрачено впустую. Тогда в юрте будет существенно повышено давление, чтобы внутрь не проникали другие сквозняки. Вместо этого будет вытесняться воздух. Есть комментарии по этому поводу?

Еще мысли о сырости и плесени в юртах:

Для многих это проклятие юрточной жизни, сырость и плесень.

Это большая тема, и я могу говорить на нее часами.

Мы прошли пятилетний путь эволюции в этом вопросе, и теперь у нас нет никаких проблем.

По сути, вы хотите взяться за это с обоих концов.

В первую очередь и самое главное минимизировать влажность воздуха, приготовление пищи — большая проблема. Сушить одежду возле конфорки — тоже не лучшая идея. Поэтому у нас есть отдельная кухонная кабина.

Наш образ жизни легко увеличивает количество литров в воздух каждый день, вы будете поражены.Затем он конденсируется на холодных поверхностях или при понижении температуры воздуха.

Комнатные растения тоже не помогают: каждый литр воды, которую вы наливаете в горшок, оказывается в воздухе. (Помимо дыхания это наша самая большая проблема, у нас много растений.)

Другой подход — удалить из воздуха неизбежную влажность.

Вентиляция самая простая. Теплообменник, представленный выше, — это настоящая революция в этом отношении.

У нас также есть постоянный грибовидный люк на крыше в венском куполе, который я сделал из стеклянной чаши дверцы стиральной машины.

Это позволяет теплому воздуху, собранному наверху, пассивно выходить. У него также есть компьютерный вентилятор с низким энергопотреблением на 12 В, который мы включаем летом, чтобы сохранять прохладу, а иногда и зимой в нечетный хороший день. Двери открываются и вентилируются на несколько часов каждую неделю

минимум.

Утепление юрты — еще один важный фактор: чем теплее стен внутри, тем меньше конденсата будет на полотне.

Осушитель воздуха также является отличным инструментом и почти необходимостью для жизни в британской юрте.У нас есть маломощная тихая «эко» модель. В нем есть гигростат, поэтому он включается только тогда, когда юрта достаточно влажная, он также работает по таймеру, поэтому он не работает ночью, когда становится тише, а легкий гул мешает нашему сну. Он стекает наружу и в основном не требует обслуживания. Важно приобрести адсорбционный осушитель в отличие от более традиционных конденсационных осушителей воздуха , потому что для последнего требуется комнатная температура не менее 18+ градусов, а адсорбционные машины работают до нескольких градусов.

Единственная проблема с осушителем заключается в том, что он будет использовать минимум мощностью в несколько сотен ватт, что действительно является налогом на солнечную батарею вне сети зимой. Вам понадобится целый массив, легко киловатт или больше, я бы подумал, и это будет для очень легкого использования осушителя.

Дровяная печь — это не только неприятность, но и плюс.

Плесень размножается в теплых влажных помещениях и на натуральных материалах… Звучит как юрта?

Тепло от печи выгодно только в том случае, если влажность испаряется в воздух, который затем осушается или удаляется, если юрта запечатана и не вентилируется, тогда тепло ухудшит плесень.

Я надеюсь, что обмен нашим опытом поможет.

Спасибо за чтение.

Теплообменник, создающий свежий воздух

Идеально энергоэффективный дом должен быть плотно закрытым, чтобы летом внутри оставался прохладный воздух, а зимой — снаружи. Проблема в том, что нам нужно обеспечить циркуляцию свежего воздуха, чтобы удалить запахи, подать кислород и снизить риск образования плесени и плесени.

Есть ли способ перемещать воздух внутрь и наружу, сводя к минимуму поступление тепла внутрь и наружу?

Это может сделать один простой гаджет: теплообменник, он же вентилятор с рекуперацией тепла.«Вместо того, чтобы позволять воздуху свободно входить и выходить, в теплообменнике используются два небольших вентилятора для втягивания входящего и выходящего воздуха через параллельные чередующиеся воздуховоды. Два потока не смешиваются, но тепло проходит между ними через тонкие металлические стенки каналов.

Зимой теплый воздух, выходящий через теплообменник, отдает тепло поступающему холодному воздуху, а летом холодный воздух, выходящий через теплообменник, отбирает тепло у входящего горячего воздуха, так что к тому времени поступающий воздух попадает в дом, уже не жарко.

Вентиляторы с рекуперацией тепла дешевы в эксплуатации, поскольку они содержат всего пару вентиляторов. Но их покупка может быть дорогостоящей — от 450 долларов и выше.

Вот как вы можете построить свой собственный за значительно меньшие деньги, от 50 до 100 долларов, в зависимости от того, сколько материалов у вас уже есть. Это моя первая попытка дизайна, и она работает, но я не утверждаю, что оптимизировал ее. Не стесняйтесь делать это лучше.

Я очень благодарен СДЕЛАННОМ стажёру Эрику Чу за трудную работу по изготовлению и тестированию, используя планы, которые я нарисовал.

Дизайн

Это важные конструктивные особенности, позволяющие максимально эффективно использовать теплообменник:

• Внутренние панели должны иметь максимальную площадь поверхности относительно объема.

• Панели должны изготавливаться из тонкого, теплопроводящего металла.

• Входящий и выходящий воздух должны двигаться в противоположных направлениях.

Поскольку алюминий очень эффективно проводит тепло, я решил сделать панели из алюминиевой фольги, приклеенной к деревянным каркасам, с просверленными отверстиями по краям каркасов для прохождения воздуха.Недорогие компьютерные вентиляторы хороши, так как они тихие и не потребляют много энергии. Поскольку этот блок просто обеспечивает умеренную вентиляцию, а не обогревает или активно охлаждает помещение, наполненное воздухом, скорость потока может быть низкой.

Можно предположить, что более медленный воздушный поток дает больше возможностей для теплопередачи между выходящим воздухом и входящим воздухом. Теоретически это должно быть правдой, но на практике играют роль другие факторы, такие как проникновение тепла или утечка из коробки, в которой находится блок. .Когда мы тестировали наш теплообменник на холодном ночном воздухе, мы обнаружили, что более высокие скорости вращения вентилятора на самом деле больше нагревают поступающий воздух. Возможно, это связано с тем, что более быстро движущийся воздух увеличивает температурный градиент на пути теплопередачи и предохраняет коробку, в которой находится устройство, от холода.

Где именно золотая середина? Я предлагаю вам собрать агрегат и экспериментально отрегулировать скорость вентилятора, чтобы выяснить это.

Самодельный эффективный теплообменник Для Top Heat Control

Испытайте непревзойденную эффективность в регулировании температуры с помощью впечатляющего.Теплообменник самодельный доступен на Alibaba.com. С наиболее подходящими. теплообменник самодельный , вы можете сэкономить много энергии в домашних или производственных процессах и легко достичь своих целей. Обширная коллекция файлов. Теплообменник самодельный на сайте представлено несколько марок и моделей. Изучите их и найдите наиболее подходящие для вашего дома, офиса, промышленности или инвентаря для вашего бизнеса.

Все. теплообменник самодельный на алибабе.com загружены увлекательными функциями, которые не только повышают эффективность, но и делают их эстетически привлекательными. Они сделаны из прочных материалов, чтобы прослужить вам долгую жизнь. Благодаря отличному рабочему механизму. Самодельный теплообменник демонстрирует превосходные возможности регулирования температуры. При необходимости вы будете поддерживать определенную температуру в окружающей среде. Исключительная скорость потока жидкости в них. теплообменник самодельный убедитесь, что вы получаете от них максимальную отдачу.

Простота обслуживания. теплообменник самодельный делает их наиболее идеальным и практичным выбором для различных сред. Все их детали и трубки легко чистить, что предотвращает накопление накипи или любых других загрязнений, которые могут помешать работе. теплообменник самодельный . Потрясающая устойчивость к утечкам удерживает все жидкости в соответствующих отсеках. теплообменник самодельный , который способствует максимальной производительности и экономии энергии.

Примите правильное решение сегодня и ощутите максимальную эффективность процессов теплообмена. Оцените широкое и благоприятное. Теплообменник самодельный модельного ряда на Alibaba.com и выберите идеальный для себя. Если вы деловой человек, воспользуйтесь предложениями от разных стран. Теплообменник самодельный оптовиков и поставщиков и наслаждайтесь фантастической прибылью.

Сделай сам Видео: Как построить простой самодельный теплообменник для отопления дома. Электричество не требуется и недорого….. | Практический выживальщик

В этом проекте подробно рассказывается о том, как построить мини-ветряную турбину. Ветряная турбина — хорошее дополнение к вашей солнечной генераторной системе в те времена, когда облачно и вы не получаете столько солнечного света, сколько обычно.

Первый шаг — создать несколько дешевых лопастей из ПВХ, какой двигатель мы собираемся использовать и как мы собираемся прикрепить его к двигателю.
Здесь мы делаем шесть лопастей или роторов. Мы хотим сначала отрезать нашу трубу из ПВХ до нужной длины.Как только у вас получится обрезать его до нужной длины, вы снова захотите взять свой прямой край, и Марко проведите линию по центру и разрежьте его пополам. Убедитесь, что вы делаете это с обеих сторон. Один на этой стороне, один на этой стороне. И что они идеально посередине, так что вы получите две четные стороны.

Нам нужно вырезать небольшой блок на конце лезвия, где мы собираемся просверлить отверстие и продеть через него винт, чтобы он прикрепился к ступице. часть материала, чтобы напоминать стреловидное крыло, как бы под углом.Это лопасти длиной 14 дюймов, которые крепятся к ступице с помощью установочных винтов, прикрепленных к двигателю. Используемый здесь двигатель 12 В представляет собой мотор-редуктор 300 об / мин, что является его максимальной скоростью, и он выдает 600 миллиампер при полной нагрузке.

Двигатель размещен внутри трубы из поливинилхлорида диаметром 1,5 дюйма, другой тройник из поливинилхлорида подсоединяется от того места, где провода будут спускаться вниз, к нижней части, где находится еще одна 7-футовая труба, которая действует как мачта или столб.

Конец шеста входит в слив для душа, который затем прикрепляется к деревянной доске, которая служит прочным основанием.Для системы YAW на заднем конце хвостовая лопасть сделана из дешевого гидроизоляционного материала, который закреплен болтами между 8-дюймовым куском ПВХ. Проделайте отверстие посередине с болтом между ними, чтобы он не мог двигаться. везде.

Мы используем старую OSB для основания, размером около семи квадратных дюймов. А потом у меня просто кусок обработанного бруса на дне. Он прикреплен к этим шариковым подшипникам, поэтому может вращаться. Водоотводящий желоб из ПВХ вставлен посередине через несколько шарикоподшипников. Протяните проводку вниз через отверстие для подключения к контроллеру заряда.Следующий шаг — это проводка через трубопровод, нам просто нужно подключить эти клеммы к соответствующим сторонам двигателя.

Самодельный плоский пластинчатый теплообменник

Основы теплообменника

Концепция плоского пластинчатого теплообменника использует преимущества прямого пропорционального вклада площади поверхности в принципы теплообмена.Общее уравнение для общего теплообмена в любом контексте: Q = U * A * delta T. Q — количество тепла, U — коэффициент теплопередачи, A — площадь поверхности области обмена, а delta T — разница температур. между двумя текущими материалами. С точки зрения непрофессионала, коэффициент теплопередачи у медной пластины будет выше, чем у уретановой изоляции; большая площадь поверхности обеспечивает большую возможность теплопередачи; а более высокая разница температур обеспечивает большую движущую силу для движения тепла.

Домашний воздухообменник

Можно построить большой воздухообменный теплообменник для жилого дома. Его можно установить вдоль боковой стены в подвале или подвесить горизонтально прямо под балками пола.

Материалы

Приобретите девять оцинкованных стальных листов размером 4 на 4 фута у поставщика металлов. Вам также потребуются два листа уретановой пены толщиной 4 на 8 футов с фольгой с одной стороны, несколько трубок силиконового уплотнения, большой рулон изоленты и два 6-дюймовых канальных вентилятора.

Изготовление

Разрежьте один из кусков изоляции на 27 полос шириной 2 дюйма и длиной 4 фута. Возьмите три части, уложите одну полоску герметика вдоль каждой части и приклейте ее по левому краю одного из кусков оцинкованного листа. Таким же образом скрепите кусок посередине, а другой — на правом краю. Проделайте это со всеми девятью листами. Затем альтернативно поверните их и цементируйте вместе так, чтобы один уровень проема располагался с севера на юг, а другой — с востока на запад. Закрепите кусок изоляции размером 4 на 4 фута на обеих плоских сторонах штабеля.Постройте камеры статического давления для двух сторон с тремя изоляционными материалами размером 1 на 4 фута и секциями размером 1 на 1 фут для заглушек. Сделайте отверстие в каждой камере статического давления для 8-дюймового воздуховода. Заклейте края силиконом и скрепите все углы под углом 90 градусов изолентой.

Установка и использование

Вырежьте отверстия для канальных вентиляторов в куске фанеры, чтобы вставить их в оконный проем в подвале. Воздуховод с мягким воздуховодом к каждой из двух пленумов. Один вентилятор должен выдувать окно, а другой — вдуть.Перегородите воздуховоды снаружи с помощью колен, направленных наружу, чтобы предотвратить рециркуляцию. Вентиляторы могут быть включены в контур с домашним обогревателем, чтобы они работали только при включенном обогревателе.

Теплообменник

Автомобильный радиатор . Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Radiator. Автор: http://en.wikipedia.org/wiki/User:Bill_Wrigley

Теплообменник — очень важное устройство, используемое во многих реальных приложениях, в которых тепло должно передаваться от одной среды к другой.Во многих случаях две среды разделены сплошной стенкой, хотя в некоторых случаях две среды находятся в прямом контакте друг с другом, так что происходит смешивание. Например, в некоторых случаях в воду вводят пар, чтобы нагреть ее.

Некоторые распространенные области применения теплообменника: охлаждение, кондиционирование воздуха, обогрев помещений и электростанции, и это лишь некоторые из них. Конечно, есть еще много чего.

Существует большое разнообразие конфигураций теплообменников, но большинство из них можно разделить на три типа.К трем типам относятся: конфигурация с параллельным потоком или противотоком, конфигурация с поперечным потоком и конфигурация кожухотрубной системы.

Конфигурации с параллельным потоком и противотоком показаны на двух рисунках ниже. На обоих рисунках показано простое расположение концентрических трубок, в котором одна из текучих сред течет по внутренней трубе, а другая текучая среда течет в кольцевом зазоре (между трубками). На рисунках показано, что горячая жидкость находится внутри внутренней трубы, а холодная жидкость — внутри кольцевого зазора.В конфигурации с параллельным потоком горячая и холодная жидкости текут в одном направлении. В противоточной конфигурации жидкости текут в противоположных направлениях. Подробнее об этом мы поговорим позже.

Теплопередача обычно лучше, когда поток движется по трубам, чем по их длине. Следовательно, поперечный поток часто является предпочтительным направлением потока и, как правило, лучше, чем конфигурации с параллельным потоком или противотоком. Конфигурации с поперечным потоком показаны на трех рисунках ниже.На первом рисунке показан поперечный поток через массив труб без покрытия. На втором и третьем рисунках показано поперечное течение через решетку труб с оребрением, с квадратными и круглыми ребрами (как показано). Оребрение предназначено для увеличения теплопередачи между горячей и холодной средами. Подробнее об этом мы поговорим позже.

Кожухотрубные конфигурации показаны на трех рисунках ниже. Одна из жидкостей протекает через внутреннюю часть оболочки, а другая жидкость протекает через трубки, проходящие через внутреннюю часть оболочки, тем самым обеспечивая теплопередачу между двумя жидкостями.Добавлены перегородки для увеличения коэффициента конвекции, что увеличивает теплопередачу между двумя жидкостями. Перегородки служат для создания турбулентного перемешивания и поперечного потока, которые увеличивают коэффициент конвекции. На первом рисунке показан один проход оболочки и два прохода трубы. На втором рисунке показаны два прохода оболочки и четыре прохода трубы. На третьем рисунке представлен более подробный чертеж кожухотрубного теплообменника с одним кожухом и одним трубным проходом.

Источник: http: // en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger. Автор: http://commons.wikimedia.org/wiki/User:H_Padleckas

В следующем разделе мы объясним, как ребра используются для увеличения теплопередачи в теплообменнике, тем самым повышая его эффективность.

Повышение теплопередачи в теплообменниках с помощью ребер

Ребро можно рассматривать как продолжение поверхности. Он добавляет дополнительную площадь поверхности, которая обеспечивает дополнительный тепловой поток к среде, с которой контактирует ребро, или от нее посредством конвекции.Чтобы проиллюстрировать в количественном отношении полезность ребра, рассмотрим следующую схему, на которой показано ребро со штифтом, выступающее из базовой поверхности при температуре поверхности T _b . Дифференциальный элемент шириной dx показан оранжевым цветом. Этот элемент необходимо будет рассмотреть для последующего анализа, в котором используется исчисление.

Где:

A _b — площадь ребра штифта у его основания

L — длина ребра (в направлении x ).

T _∞ — температура окружающей среды (везде предполагается постоянной)

h — коэффициент конвекции между ребром и окружающей средой (предполагается постоянным)

A _c (x) — площадь поперечного сечения ребра в положении x

dA _s — площадь поверхности по периметру дифференциального элемента в положении x

dq _conv — скорость теплового потока от площади поверхности по периметру дифференциального элемента за счет конвекции в позиции x

q (x) — скорость теплового потока в элемент в позиции x по теплопроводности.

q (x + dx) — скорость теплового потока из элемента в позиции x + dx по теплопроводности.

Предположим установившийся тепловой поток, когда энергия, поступающая в дифференциальный элемент, равна энергии, которая выходит из дифференциального элемента.Это допустимое предположение для установившегося режима работы.

Энергетический баланс можно записать в виде

Левая часть приведенного выше уравнения — это тепловая энергия, поступающая в дифференциальный элемент. Правая часть приведенного выше уравнения — это тепловая энергия, выходящая из дифференциального элемента.

По закону охлаждения Ньютона,

где T (x) — температура ребра в положении x .

Подставьте указанное выше уравнение в уравнение (1).Мы получили

Измените приведенное выше уравнение, чтобы получить

Разделите обе части приведенного выше уравнения на dx . Мы получили

Для dx → 0 это становится

Из закона Фурье,

где k — теплопроводность материала ребер (предполагается постоянной по всему материалу).

Подставьте указанное выше уравнение в уравнение (2) и упростите. Это дает нам окончательное общее дифференциальное уравнение для одномерного стационарного теплопереноса от протяженной поверхности (приведено ниже).Используя это уравнение, мы можем найти распределение температуры T (x) с учетом некоторого набора граничных условий.

Обратите внимание, что хотя h и k рассматриваются здесь как постоянные, это не обязательно так. Но это разумное упрощение.

Чтобы понять, в какой степени ребро может увеличить теплопередачу, предположим, что обсуждаемое здесь штифтовое ребро имеет постоянную площадь поперечного сечения, где A _c (x) = A _c .Тогда dA _c (x) / dx = 0 в приведенном выше уравнении и dA _s (x) / dx = P , где P — периметр (с A _s (x) = Px ). Приведенное выше уравнение становится

Поскольку приведенное выше дифференциальное уравнение второго порядка, нам нужны два граничных условия в терминах x для его решения. Мы можем установить первое граничное условие как T (0) = T _b .Для второго граничного условия мы можем предположить незначительную теплопередачу на вершине при x = L, так что q (L) = 0. Это хорошее предположение для длинного ребра относительно его ширины, поскольку Чем длиннее ребро, тем ближе температура его наконечника к температуре окружающей среды T _∞ , что означает, что градиент температуры T (x) на наконечнике приближается к нулю. По закону Фурье это означает, что тепловой поток из наконечника приближается к нулю.

Таким образом, закон Фурье при x = L дает

так, чтобы

Теперь мы можем решить уравнение (4) для распределения температуры T (x) .Зная это распределение температуры, мы можем найти скорость теплопередачи q _f у основания ребра (при x = 0).

По закону Фурье,

Следовательно, решая для T (x) и подставляя в вышеприведенное уравнение, мы получаем

где

и

Обратите внимание, что уравнение (5) представляет собой теплопередачу от основания поверхности (с площадью A _b = A _c ), к которой прикреплено ребро (при x = 0 ).При отсутствии ребра скорость теплопередачи от основания просто равна q _b где

Чтобы увидеть, насколько ребро увеличивает теплопередачу, рассчитайте следующее соотношение:

который становится

Чтобы проиллюстрировать это на примере, предположим, что ребро штифта является круглым, так что P = π d , где d — диаметр ребра пальца. Установите d = 0,01 м, k = 180 Вт / м · K, h = 50 Вт / м ² K и L = 0.1 мес.

Получаем

При таком высоком соотношении очень полезно добавить ребра для увеличения теплоотдачи от поверхности. Альтернативный способ увеличения теплопередачи — увеличение h и / или уменьшение T _∞ , что не всегда практично. Следовательно, добавление плавников имеет больше смысла. Например, у радиаторов (как показано на первом рисунке на этой странице) много ребер, поскольку это единственный способ обеспечить высокую скорость обмена тепловой энергией с воздухом.Обратите внимание, что, несмотря на название, радиаторы обычно передают большую часть своего тепла (с некоторой средой, такой как воздух) посредством конвекции, а не теплового излучения, поэтому более точное название для них было бы «конвекторы». Фактически, теплообменники обычно передают основную часть тепла посредством конвекции, а радиационная теплопередача по сравнению с ними обычно незначительна.

Обратите внимание, что скорость теплопередачи q _f увеличивается с увеличением k . Это физически означает, что температура ребра ближе к базовой температуре T _b по всей его длине.На практике это означает, что нам нужно k как можно выше. Также обратите внимание, что после определенного момента увеличение L не приводит к значительному увеличению скорости теплопередачи q _f . Это связано с тем, что чем дальше вы находитесь вдоль ребра, тем ближе температура ребра T (x) к T _∞ , что, конечно, означает меньшую скорость конвективной теплопередачи от ребра в окружающую среду (по Ньютону закон охлаждения).

Ребра особенно важны в ситуациях, когда конвектирующей средой является воздух или немного газа (с нижним значением h ), а площадь поверхности объекта, которая должна терять (или набирать) тепло, (относительно) мала.В этом случае плавники значительно улучшат передачу тепла к объекту или от него. Если конвектирующая среда представляет собой жидкость, такую ​​как вода, то h обычно будет намного выше, и ребра могут не понадобиться.

Также обратите внимание, что T _b может быть больше или меньше T _∞ . Математика решения не меняется ни в одном случае. Это просто означает, что тепло течет из ребра или внутрь него (соответственно).

Ласты могут иметь различную форму.Например, это могут быть штифтовые ребра, выступающие из поверхности (как только что описано), или кольцевые ребра вокруг трубы, используемые для усиления теплового потока в текучую среду, протекающую через трубку, или из нее. На рисунке ниже показан такой плавник.

Если ребра прикреплены к стене с помощью металлургического или клеевого соединения, на границе раздела может существовать значительное тепловое контактное сопротивление. Это можно объяснить поправочным коэффициентом ребер, который обсуждается в следующем разделе, посвященном общему коэффициенту теплопередачи.

Далее мы проанализируем теплообменник с параллельным потоком для установившегося потока. Устойчивый поток является допустимым допущением для устойчивых рабочих условий и температур.

Теплообменник с параллельным потоком

На рисунке ниже показана схема теплообменника с параллельным потоком вместе с распределением температуры для горячей и холодной жидкости. Мы относимся к теплообменнику как к изолированному снаружи, чтобы тепло передавалось только между двумя жидкостями.

Как и следовало ожидать, холодная жидкость (нижняя кривая) нагревается, а горячая (верхняя кривая) охлаждается.

Где:

T _hi — температура горячей жидкости на входе

T _ci — температура холодной жидкости на входе

T _ho — температура горячей жидкости на выходе

T _co — температура холодной жидкости на выходе

T _h (x) — температура горячей жидкости в положении x (левая сторона элемента дифференциала 1.Этот дифференциальный элемент длиной dx , обведенный пунктирными линиями, представляет собой контрольный объем, который фиксируется в пространстве)

T _h (x + dx) — температура горячей жидкости в положении x + dx (правая сторона дифференциального элемента 1)

T _c (x) — температура холодной жидкости в положении x (левая сторона дифференциального элемента 2)

T _c (x + dx) — температура холодной жидкости в положении x + dx (правая сторона дифференциального элемента 2)

dA _s — это дифференциальная зона между дифференциальными элементами 1 и 2.Эта дифференциальная зона расположена на поверхности теплопередачи (стенке), разделяющей потоки горячей и холодной жидкости.

dq — расход тепла между дифференциальными жидкостными элементами 1 и 2.

Предположим, что тепловой поток в установившемся состоянии, когда энергия, поступающая в верхний дифференциальный элемент, равна энергии, которая выходит из этого элемента. Мы можем записать баланс энергии как

Левая часть приведенного выше уравнения — это энергия, поступающая в дифференциальный элемент.Правая часть приведенного выше уравнения — это энергия, выходящая из дифференциального элемента.

Перепишите приведенное выше уравнение так, чтобы оно стало

Согласно Первому закону термодинамики левая часть приведенного выше уравнения может быть выражена как

Где:

дм _ч / dt — массовый расход верхней (горячей) жидкости

i _h (x) — энтальпия жидкости, поступающей с левой стороны дифференциального элемента, а i _h (x + dx) — энтальпия жидкости, выходящей с правой стороны дифференциального элемента.В приведенном выше уравнении теплопроводность в осевом ( x ) направлении может считаться незначительной, а изменения потенциальной и кинетической энергии также считаются незначительными.

Если принять постоянную удельную теплоемкость c _ph для жидкости в верхнем дифференциальном элементе и выразить изменение энтальпии ( i _h (x) — i _h (x + dx) ) как c _ph , умноженное на разницу температур на дифференциальном элементе ( T _h (x) — T _h (x + dx) ), приведенное выше выражение становится

Обратите внимание, что мы рассматриваем c _ph как постоянную величину, хотя она может изменяться в результате колебаний температуры жидкости.В этом случае разумно использовать среднее значение, основанное на средней температуре горячей жидкости между входом и выходом.

Также обратите внимание, что T _h (x) — это средняя (средняя) температура в поперечном сечении канала (в положении x ) для верхней жидкости. Это различие необходимо, поскольку в реальных потоках температура может изменяться по сечению.

Точно так же мы можем применить баланс энергии к нижнему дифференциальному элементу.Следуя той же процедуре, что и раньше, получаем

Где:

dm _c / dt — массовый расход нижней (холодной) жидкости.

c _pc — удельная теплоемкость жидкости в нижнем элементе дифференциала. Мы считаем его постоянным, хотя он может изменяться в результате колебаний температуры жидкости. В этом случае разумно использовать среднее значение, основанное на средней температуре холодной жидкости между входом и выходом.

Из закона охлаждения Ньютона

где U — общий коэффициент теплопередачи между верхней и нижней жидкостью. Из-за различий в свойствах жидкости и условиях потока U может изменяться по длине потока. Однако во многих приложениях такие вариации незначительны, и можно разумно предположить постоянное и среднее значение U .

Комбинируя уравнения (6) — (8) и используя исчисление для решения относительно q , получаем

Где:

ΔT ₁ = T _hi — T _ci

ΔT ₂ = T _ho — T _co

A _s — общая площадь поверхности теплопередачи.Например, если длина поверхности теплопередачи составляет L (в горизонтальном направлении x ), а ее глубина в странице составляет b , тогда A _s = L × b .

Прямым наблюдением вышеприведенное уравнение говорит нам, что q прямо пропорционально U и A _s . Это имеет смысл, поскольку увеличение U снижает сопротивление теплопередаче, тем самым обеспечивая более высокое значение q .А увеличение A _s увеличивает площадь поверхности теплопередачи, что также позволяет увеличить q .

Стоит отметить, что общая скорость передачи тепла q из верхней (горячей) жидкости также должна равняться общей скорости передачи тепла в нижнюю (холодную) жидкость. Следовательно,

Два приведенных выше уравнения могут использоваться в дополнение к уравнению (9) для решения проблемы, связанной с теплообменниками с параллельным потоком. Приведенные выше два уравнения также применимы для противоточного теплообменника.Обратите внимание, что числовая итерация может потребоваться в уравнении (9) в случаях, когда необходимо определить неизвестную температуру (температуры) на входе и / или выходе. Однако с компьютерами это легко сделать.

Прямым наблюдением два приведенных выше уравнения говорят нам, что q прямо пропорционально dm / dt и c _p . Это имеет смысл, поскольку увеличение dm / dt увеличивает скорость передачи энергии, тем самым обеспечивая более высокое значение q .А большее значение c _p означает, что среда может «удерживать» больше энергии на единицу массы и на единицу температуры, что также допускает более высокое значение q .

Отсюда следует, что для данного q более высокий продукт ( dm / dt ) c _p для (горячей или холодной) жидкости означает меньшую разницу температур между входом и выходом для этой жидкость. А более низкий продукт ( dm / dt ) c _p для (горячей или холодной) жидкости означает более высокую разницу температур между входом и выходом для этой жидкости.

Противоточный теплообменник

На рисунке ниже показана схема противоточного теплообменника вместе с распределением температуры для горячей и холодной жидкости. И снова мы рассматриваем теплообменник как изолированный снаружи, так что передача тепла происходит только между двумя жидкостями.

Как и следовало ожидать, холодная жидкость (нижняя кривая) нагревается, а горячая (верхняя кривая) охлаждается.

Для получения q для противоточного теплообменника выполняются те же шаги, что и для теплообменника с параллельным потоком.Единственное отличие состоит в том, что уравнение (7) не имеет отрицательного знака. Уравнение (9) такое же, как и раньше, но со следующими переменными, которые теперь определены по-другому, а именно:

ΔT ₁ = T _hi — T _co

ΔT ₂ = T _ho — T _ci

Обратите внимание, что противоточный теплообменник более эффективен, чем теплообменник с параллельным потоком.Требуется меньшая площадь поверхности теплопередачи A _s для достижения такой же скорости теплопередачи q , как у теплообменника с параллельным потоком, при прочих равных. Но, несмотря на это, могут быть преимущества использования теплообменника с параллельным потоком вместо противоточного теплообменника, например, когда мы хотим ограничить количество теплопередачи между двумя потоками жидкости.

Также обратите внимание, что в противоточном теплообменнике T _co может быть больше T _ho , но не для теплообменника с параллельным потоком.

В принципе, максимально возможный теплообмен достигается с помощью противоточного теплообменника бесконечной длины. В таком теплообменнике максимально возможная разница температур (для одной из жидкостей) будет равна T _hi — T _ci . Например, холодная текучая среда может быть нагрета до температуры на входе горячей текучей среды, или горячая текучая среда будет охлаждаться до температуры входа холодной текучей среды. Максимально возможная разница температур будет иметь место для (горячей или холодной) жидкости с наименьшим продуктом ( дм / dt ) c _p .Именно эта жидкость испытывает наибольшее изменение температуры между входом и выходом. Следовательно, при известных температурах на входе для обеих жидкостей максимально возможная скорость теплопередачи для противоточного теплообменника равна q _max = C _min ( T _hi — T _ci ), где C _min — минимум продукта ( dm / dt ) c _p для горячей или холодной жидкости.За счет сохранения энергии жидкость с большим продуктом ( dm / dt ) c _p также будет испытывать ту же скорость теплопередачи q _max , но будет иметь меньшую разницу температур между входом и выходом, поскольку продукт ( dm / dt ) c _p больше. Таким образом, проще всего рассчитать максимальную скорость теплопередачи ( q _max ) для (горячей или холодной) жидкости, которая испытывает максимально возможную разницу температур между входом и выходом ( T _hi — T _ci ), который, в свою очередь, должен соответствовать жидкости с наименьшим продуктом ( dm / dt ) c _p .

Знание q _max может быть полезно при принятии проектных решений, поскольку оно показывает, насколько близка конструкция вашего теплообменника к достижению теоретической максимальной скорости теплопередачи, а это, в свою очередь, говорит о том, насколько возможно улучшение. Имейте в виду, что максимальная скорость теплопередачи ( q _max , как указано выше) применима к любому теплообменнику (а не только противоточному теплообменнику).

Для теплообменника с параллельным или противотоком, если один из (горячих или холодных) потоков жидкости конденсируется или испаряется, его температура будет оставаться примерно постоянной между входом и выходом.Эта постоянная температура затем может быть применена к уравнениям как T _ci = T _co (для холодной жидкости) или T _hi = T _ho (для горячей жидкости) . Эти температуры (наряду с другими известными переменными) затем можно подставить в уравнение (9) и одно из двух приведенных ниже уравнений (которые были приведены ранее). Используемое уравнение — это уравнение, связанное с жидкостью, которая не конденсируется и не испаряется.Уравнение (9) и еще одно уравнение можно затем использовать для решения проблемы. (Обратите внимание, что коэффициент конвекции для конденсирующейся или испаряющейся жидкости необходимо будет определить с учетом ее (известной) температуры конденсации или испарения, и этот коэффициент конвекции будет одной из переменных, используемых для расчета общего коэффициента теплопередачи, который обсуждается ниже. ).

Общий коэффициент теплопередачи

Общий коэффициент теплопередачи U легко вычислить для установившегося расхода.Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим рисунок ниже, на котором показана жидкость, протекающая через (без покрытия) трубу.

Где:

h _i — коэффициент внутренней конвекции.

h _o — коэффициент внешней конвекции.

T _m1 — средняя температура жидкости, протекающей внутри трубы на входе. Обратите внимание, что эта средняя температура представляет собой среднюю температуру жидкости по площади поперечного сечения.

T _м2 — средняя температура жидкости, протекающей внутри трубы, на выходе

T _∞ — температура окружающей среды вне трубы (везде предполагается постоянной)

R _i — внутренний радиус трубки

R _o — внешний радиус трубы

L — длина трубки

Значение U для теплопередачи трубки можно рассчитать по следующему уравнению:

, где A может быть равно A _i или A _o , где A _i = 2 π R _i и A _o = 2 π R _o L .Значение A может быть выбрано произвольно, поскольку в результате продукт UA не изменится.

Также,

где k — теплопроводность трубки (цилиндра).

Уравнение (10) исходит из того факта, что поток энергии постоянен (установившееся состояние) через различные среды, расположенные между жидкостью в трубке и окружающей средой. Чтобы показать это, рассмотрим схему, показанную ниже. Для наглядности представим, что у нас есть воображаемая дифференциальная полоса (толщиной dx в направлении x ), оборачивающаяся вокруг трубы в некотором положении x по длине трубы.В этом положении x тепло течет наружу в радиальном направлении через полосу со скоростью dq (x) . (Обратите внимание, что осевая теплопроводность (в направлении x ) считается незначительной).

Мы можем записать следующие уравнения теплового потока:

Где:

T _м (x) — средняя температура жидкости в положении x

T _s1 (x) — температура внутренней стенки в положении x

T _s2 (x) — температура внешней стенки в положении x

dA _i — это область на внутренней стенке трубы, в месте расположения дифференциальной планки, где dA _i = 2 π R _i dx

dA _o — область на внешней стенке трубы, в месте расположения дифференциальной планки, где dA _o = 2 π R _o dx

dq ₁ — тепловой поток (через дифференциальную полосу) между жидкостью (при средней температуре T _м (x) ) и стенкой внутренней трубы (при температуре T _s1 (x ) )

dq ₂ — тепловой поток через стенку трубы (через дифференциальную планку) с температурой внутренней стенки T _s1 (x) и температурой внешней стенки трубы T _s2 (x)

dq ₃ — тепловой поток (через дифференциальную полосу) между внешней стенкой трубы (при температуре T _s2 (x) ) и окружающей средой (при температуре T _∞ )

Для установившегося теплового потока,

где dq (x) — тепловой поток через дифференциальную планку в положении x.Таким образом, мы можем написать

и U определяется как общий коэффициент теплопередачи, который позволяет выразить скорость теплового потока удобным и компактным способом в соответствии с уравнением (11).

Обратите внимание, что dA выбирается произвольно как dA _i или dA _o . Вышеприведенное уравнение является математическим результатом dq ₁ = dq ₂ = dq ₃ .

U — константа, не зависящая от положения x в приведенном выше уравнении. Чтобы увидеть это, перепишите приведенное выше уравнение как

Начиная с h _i , h _o , dA / dA _i , dA R _{w 4 или 904/904 — все константы, тогда U — константа. В результате вычисление U из приведенного выше уравнения дает тот же результат, что и вычисление U из уравнения (10), поэтому оно согласовано.}

Обратите внимание, что уравнение (11) имеет ту же форму, что и уравнение (8) (с q = q (x) ). Кроме того, баланс энергии для потока жидкости здесь остается таким же, как в уравнениях (6) или (7). И поскольку температура окружающей среды здесь рассматривается как постоянная, мы можем использовать уравнение (9) для общей теплопередачи q при условии, что мы рассматриваем один из потоков текучей среды как имеющий постоянную температуру повсюду. Следовательно, мы можем установить T _hi = T _ho = T _∞ .Таким образом,

Где:

ΔT ₁ = T _∞ — T _ci

ΔT ₂ = T _∞ — T _co

Положительное значение q означает, что тепло течет в трубку, а отрицательное значение q означает, что тепло течет из трубки.

В случае трубы с ребрами внутри и / или снаружи мы все еще можем использовать уравнение (10), но с поправочным коэффициентом η , который теперь включен, который корректирует наличие ребер (и любое сопротивление контакта, как упомянутый ранее).Таким образом,

Где:

η _i — это поправочный коэффициент для внутренней поверхности трубы, а η _o — поправочный коэффициент для внешней поверхности трубы. Этот поправочный коэффициент составляет от 0 до 1. Для поверхности без покрытия η = 1.

Площадь внутри трубы (площадь ребер плюс открытое основание) равна A _i . Площадь снаружи трубы (площадь ребра плюс открытое основание) равна A _o .

Еще раз, A может быть выбран как общая площадь поверхности на внутренней поверхности ( A _i ) или на внешней поверхности ( A _o ). Выбор не имеет значения, поскольку изделие UA является постоянным. Обратите внимание, что если мы выберем A на стороне, на которой расположены ребра, тогда A — это общая площадь поверхности, состоящая из площади поверхности вокруг ребер плюс площадь поверхности открытого основания (между ребрами). .

Поправочные коэффициенты η могут быть найдены для множества оребренных поверхностей (в зависимости от их формы, размера, расстояния, толщины и т. Д.) И приведены в аналитических сборниках теплообменников, таких как Compact Heat Exchangers , Кейс и Лондон. Эта книга является хорошим справочником для тех, кто хочет спроектировать или проанализировать оребренные теплообменники.

Наконец, мы можем добавить факторы загрязнения к приведенному выше уравнению, которое учитывает отложения, накапливающиеся на внутренней и внешней поверхностях с течением времени.Эти отложения могут быть результатом жидких примесей, ржавчины или химических реакций между жидкостью и материалом стенок. Модифицированное уравнение, учитывающее факторы загрязнения, затем принимает вид

, где R _fi ^» — фактор загрязнения на внутренней поверхности трубы, а R _fo ^» — фактор загрязнения на внешней поверхности трубы. Типичные значения коэффициента загрязнения приведены в разделе «Сопротивление загрязнению » в учебнике по теплопередаче, который я получил бесплатно в Интернете и написанном Джоном Х.Линхард (IV и V) из факультета машиностроения Хьюстонского университета и Массачусетского технологического института (соответственно). Это также хороший справочник по теплообменникам и теории теплопередачи. Я использовал эту книгу в качестве справочника при создании этой страницы (http://web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html).

Поскольку теплопередача q прямо пропорциональна продукту UA (из уравнения 12), было бы желательно максимизировать UA , чтобы максимизировать скорость теплопередачи.

Глядя на приведенное выше уравнение, вы можете максимизировать UA только путем минимизации приведенного выше уравнения (1/ UA ). Это можно сделать, сделав все термины с правой стороны как можно меньше (при этом соблюдая требования к конструкции теплообменника). Величина приведенного выше уравнения ограничена самым большим членом в правой части уравнения, каким бы оно ни было (исходя из параметров задачи). Таким образом, имеет смысл сделать все условия как можно меньшими, что означает сохранение факторов загрязнения и R _w как можно меньшими, а также использование ребер внутри трубы, если это целесообразно (например, выравнивание по потоку направлении) и снаружи трубы, чтобы увеличить продукцию η _i h _i A _i и η _o h _o A _o , что приводит к увеличению продукта UA .

Например, предположим, что факторы загрязнения и R _w достаточно малы, чтобы ими можно было пренебречь, и предположим, что η _i h _i A _i = X и η _o h _o A _o = 5 X , в котором внешняя поверхность трубы оребрена, а внутренняя поверхность трубы не покрыта (поэтому η _o h _o A _o больше).

Теперь замените η _i h _i A _i = X и η _o h _o 904 в приведенное выше уравнение, и мы получаем UA ₁ ≅ (5/6) X

Теперь предположим, что мы добавляем ребра к внутренней поверхности трубы, так что η _i h _i A _i и η _o h _o A _o сопоставимы по величине, так что η _i h _i A _i ≅ η _o h _o A Х

Теперь замените η _i h _i A _i = η _o h _o A 904 904 уравнение и получаем UA ₂ ≅ (5/2) X

UA ₂ / UA ₁ = 3, что явно является большим улучшением теплопередачи за счет создания ребер на обеих поверхностях.

Оценка коэффициента конвекции h

Оценка коэффициента конвекции для различных геометрий, типов жидкостей и условий потока — сложная задача, и ее отнюдь не просто объяснить вкратце. По этой причине лучше всего обращаться к специальным разделам в книгах, в которых подробно объясняется, как оценивать коэффициенты конвекции для различных конфигураций, а также соответствующее падение давления для потоков жидкости. Для стандартных оребренных поверхностей можно обратиться к книге Compact Heat Exchangers , указанной выше, чтобы найти коэффициенты конвекции.Для поверхностей без покрытия можно обратиться к разделам о конвективной теплопередаче, как описано в учебнике по теплопередаче, который я получил бесплатно в Интернете (как упоминалось выше). В качестве альтернативы вы можете предпочесть напрямую обратиться к журналу теплопередачи, который также дает оценки коэффициента конвекции для поверхностей без покрытия. Хорошая книга для этого — Основы тепломассопереноса, 5 ^th Edition , Incropera и Dewitt. Соответствующие разделы в этой книге посвящены внутреннему и внешнему потоку, а также кипению и конденсации.Четвертое издание этой книги было очень полезным справочным материалом, который я использовал при создании этой страницы.

Вот некоторые типичные значения коэффициента конвекции h :

• Свободная конвекция для газов: 2-25 Вт / м ² K

• Свободная конвекция для жидкостей: 50-1000 Вт / м ² K

• Принудительная конвекция для газов: 25-250 Вт / м ² K

• Принудительная конвекция для жидкостей: 50-20 000 Вт / м ² K

• Конвекция с фазовым переходом (кипение или конденсация): 2500–100 000 Вт / м ² K

Ссылка на приведенные выше значения взята из: Основы тепломассообмена, четвертое издание , стр. 8, Incropera и Dewitt, 1996.

Пример проблемы для противоточного теплообменника

Нам предоставляется противоточный теплообменник со следующими известными характеристиками:

c _шт = 4200 Дж / кг · К

c _ф. = 1000 Дж / кг · К

дм _c / dt = 1 кг / с

дм _h / dt = 1,7 кг / с

T _ci = 40 градусов Цельсия

T _привет = 280 градусов Цельсия

A _с = 0.7 м ² (площадь поверхности теплообмена)

R _w = 4,0 × 10 ^-5 K / W (тепловое сопротивление стены)

h _c = 1000 Вт / м ² K (коэффициент конвекции для холодной жидкости)

h _h = 250 Вт / м ² K (коэффициент конвекции для горячей жидкости)

Предположим, что площади поверхности теплопередачи на холодной и горячей сторонах примерно равны.

Найдите температуру на выходе горячей и холодной жидкости и скорость теплопередачи ( q ) между ними.

Раствор

Необходимо решить три неизвестных. Это T _co , T _ho и q . Для решения этих трех неизвестных нам нужны три уравнения.

Первое используемое уравнение представляет скорость теплопередачи ( q ) в холодную жидкость: q = ( дм _c / dt ) c _pc ( T _co — T _ci )

Второе используемое уравнение представляет скорость теплопередачи ( q ) из горячей жидкости.Это равно скорости передачи тепла в холодную жидкость. Уравнение: q = ( дм _h / dt ) c _ph ( T _hi — T _ho )

Третье используемое уравнение дается уравнением (9) со следующими переменными, определенными следующим образом для противоточного теплообменника:

ΔT ₁ = T _hi — T _co

ΔT ₂ = T _ho — T _ci

Для вычисления U мы можем использовать уравнение (10).При h _i ≡ h _c и h _o ≡ h _h это дает значение U = 198,89 Вт / м ² K.

Численно решая, получаем T _co = 47,5 ° C, T _ho = 261,4 ° C и q = 31590 Вт.

Конструкция теплообменника

Чтобы выбрать подходящий теплообменник для определенного применения, требуются определенные знания и опыт.Информация, представленная здесь вместе с упомянутыми здесь книгами, безусловно, является хорошим началом. При проектировании или выборе теплообменника не существует единого «правильного» решения. Одинаково хорошо могут работать разные типы теплообменников.

Есть разные способы оптимизировать конструкцию теплообменника. Часть оптимизации обычно требует, чтобы толщина стенки трубы была как можно меньше (при этом оставалась достаточно прочной), а теплопроводность материала трубы была как можно более высокой.Это обеспечивает минимальное тепловое сопротивление стенки трубы, что способствует теплопередаче. Кроме того, мы хотим, чтобы перепад давления потоков горячей и холодной жидкости между входом и выходом был как можно меньше. Однако для увеличения скорости теплообмена между двумя потоками мы должны увеличить коэффициент конвекции ( h ) путем добавления ребер, увеличения шероховатости поверхности, увеличения длины трубы и / или уменьшения диаметра трубы. Но это неизбежно увеличивает падение давления и, следовательно, увеличивает требования к мощности насоса для преодоления гидравлического сопротивления, связанного с этим падением давления.Следовательно, хорошая конструкция теплообменника должна быть компромиссом между падением давления и хорошим теплообменом. В некоторых случаях, например, для кожухотрубных теплообменников, можно минимизировать падение давления путем соответствующего выбора одной из текучих сред для протекания внутри кожуха, а другой — для протекания в трубках.

Учитывая присущую математической сложности конструкцию теплообменника (например, оценку коэффициентов конвекции для сложных схем потока), часто необходимо использовать программное обеспечение теплообменника, чтобы помочь в процессе проектирования и сделать это с минимальными затратами времени.Это очевидно, если учесть все различные параметры конструкции, которые необходимо оценить при разработке «наилучшего» дизайна. Некоторые примеры общих проектных параметров, которые следует учитывать:

• Расход обоих потоков жидкости

• Температура на входе и выходе обоих потоков

• Рабочее давление обоих потоков

• Допустимый перепад давления обоих потоков

• Устойчивость к обрастанию для обоих потоков

• Физические свойства обоих потоков

• Тип и конфигурация теплообменника

• Размеры трубок, количество трубок, количество перегородок (если применимо), размер перегородок, расстояние между перегородками

• Количество ребер (если применимо), размер ребер, расстояние между ребрами и мощность вентилятора или нагнетателя, необходимая для нагнетания воздуха (или другой среды) через ребра.

• Типы материалов, используемых в теплообменнике

• Ограничения по размеру

• Другое, в зависимости от требований проекта

Очевидно, что конструкция теплообменника — это многопараметрическая проблема, которая обычно не поддается простому решению.Прежде чем остановиться на хорошем, может потребоваться несколько итераций дизайна.

Некоторое время назад я сам занимался проектированием теплообменника, когда собирал самодельный кондиционер. Это был забавный проект, который дал мне хорошее практическое представление о том, как работают теплообменники. Моя первая попытка сборки показана на двух картинках ниже.

На рисунке выше показана внутренняя часть устройства. Воздух проходит через кольцевое пространство и вокруг металлического ведра, заполненного холодной водой со льдом, в результате чего воздух охлаждается перед тем, как выйти через отверстие наверху.Измерения температуры показали, что воздух вышел примерно на 2,5 градуса Цельсия холоднее, чем входил. Теплообмен происходит между ледяной водой и воздухом. Естественно, я хочу, чтобы теплообмен был как можно более сильным, чтобы воздух выходил как можно более прохладным. Итак, задача выяснить, как это сделать — проблема теплообменника.

Для моей второй попытки я добавил вертикальные деревянные стержни в поток, которые помогли вызвать турбулентное перемешивание, которое увеличило теплопередачу между ледяной водой и потоком воздуха.Это показано на картинке ниже. В результате воздух стал холоднее примерно на 3 градуса по Цельсию, что является небольшим улучшением.

Не удовлетворившись результатом, я решил полностью поменять дизайн. В этом дизайне (показанном ниже) я сделал U-образный канал, который работал намного лучше. Измерения температуры показали, что выходящий воздух был примерно на 10 градусов по Цельсию холоднее, чем входил, что является большим улучшением по сравнению с предыдущей конструкцией.

На рисунке выше показан U-образный канал I, сделанный из тонкого алюминиевого листа, дерева и большого количества силиконового герметика по краям, чтобы вода не просачивалась при погружении в ледяную воду.