Теплообменник кузнецова воздушный: Теплообменник на трубу дымохода своими руками

Теплообменник на трубу дымохода своими руками

Содержание:

1. Зачем он нужен
2. Виды теплообменников
3. Водяной теплообменник замкнутого типа
4. Самодельный змеевик
5. Регистровый теплообменник
6. Воздушные теплообменники
7. Теплообменник «Кузнецова»

Экономия и бережливость – качества присущие только человеку, именно они на протяжении веков двигают технический прогресс, создавая устройства призванные не только облегчать жизнь, но и использовать все доступные ресурсы по максимуму.

Если касаться бытовой, или точнее говоря, коммунальной сферы, то расходы на отопление дома по праву считаются самыми высокими, но и тут прогресс и народная смекалка нашли своё применение.

Один из самых доступных способов экономии тепла в доме с печным отоплением – это теплообменник на трубу дымохода, и именно об этом устройстве мы бы хотели поговорить в этой статье.

Зачем он нужен

На фото выше видно, что через дымоход теряется, примерено 14 % тепла, которое могло бы сохраняться в доме.

Конечно, не самая большая цифра, но если перевести потери в киловатты энергии и умножить на количество дней, в течение которых производилось отопление, то результат получается довольно весомый.

Естественно, сохранить все 14 % внутри не получится, но если установить теплообменник для дымохода, можно значительно увеличить КПД печи, без ущерба её основным функциям.

Основное назначение трубы дымохода – это, конечно, отведение отработанных газов. Именно они раскаляют трубу до огромной температуры.

Если посмотреть на печь через тепловизор, видно, что температура дымохода может быть, как и в самой топке. Проблема в том, что теплоотдача дымохода никак не аккумулируется, но ведь её можно пустить в дело. И о том, как это сделать, пойдёт речь ниже.

Виды теплообменников

Главная задача теплообменника состоит в том, чтобы переносить тепло, излучаемое дымоходом на расстояние, но при этом не переостужать его поверхность, так как это приведёт к повышенному образованию конденсата и соответственно скоплению нагара на внутренней части трубы.

Именно сохранение этого баланса является самой существенной сложностью, особенно если решено изготовить теплообменник на дымоход своими руками.

По конструктивным особенностям теплообменники могут быть двух видов:

1. Водяные, когда тепло переносится посредством естественной циркуляции жидкости в замкнутой системе.
2. Воздушные, когда прогретый воздух принудительно переносится в нужном направлении.

Выбор конструкции напрямую зависит от индивидуальных особенностей дома и печи, а также от целей, которые преследуются его установкой. Но обо всём по порядку.

Водяной теплообменник замкнутого типа

Принцип действия всех замкнутых систем отопления построен на элементарных законах физики – при нагревании, плотность воды уменьшается и подталкиваема снизу более холодной, она начинает подниматься по трубе, попадая в расширительный бак, и уже из него по всему контуру возвращается к нагревателю.

В данном случае, в качестве нагревателя выступает дымоход, который своей энергией толкает воду по контуру системы отопления.

Самодельный змеевик

Конструкция, изображённая на фото, является самым распространённым и простым способом использования тепла от дымохода. Верхний край трубки соединяется с расширительным баком, а нижний с контуром отопления.

Совет! лучше всего для змеевика подойдёт медная трубка. Она легко накручивается на дымоход и имеет высокий коэффициент теплопроводимости.

Чаще всего такую систему используют в качестве вспомогательной. С её помощью можно обогревать небольшие помещения, в которых ранее не предусматривалось отопление, но не более того. Выступать в роли основного отопления она не сможет, так как в её устройстве есть несколько значительных недостатков:

• Температура на поверхности дымохода – величина непостоянная и сложноконтролируемая, как следствие, невозможно регулировать степень нагрева теплоносителя.
• Из-за непостоянства температуры, очень сложно рассчитать оптимальную длину змеевика. Если он будет слишком коротким, вода начнёт закипать и разорвёт трубку, а если слишком длинный, теплоноситель вообще не прогреется до нужной температуры.
• Воду из расширительного бака нельзя использовать для душа или в других целях, и дело не только в нерегулируемом нагреве. При заполнении бака холодной водой, она через змеевик начнёт охлаждать дымоход, в результате чего образуется конденсат и ускоряется процесс образования нагара на внутренних стенках.
• Температуры, до которой нагревается дымоход, недостаточно для прогрева длинного контура. При обычном отоплении, вода, проходя по системе, теряет всего 25 градусов, чтобы сохранить этот показатель в данной ситуации, вся система должна быть небольших размеров.

Важно! Некоторым «народным умельцам приходит в голову мысль о том, что теплообменник в дымоходе будет значительно эффективнее, ведь температура там выше. Делать этого ни в коем случае нельзя, посторонние предметы внутри трубы препятствуют свободному прохождению газов, в результате чего они могут пойти в помещение.

Регистровый теплообменник

Чтобы избежать проблем с самодельными устройствами, можно приобрести регистр теплообменник на дымоходную трубу. Конечно, цена такого приспособления будет выше, чем у сделанного своими руками. Но и качественные характеристики не идут ни в какое сравнение.

Принцип работы такого устройства, идентичен описанному выше, с той лишь разницей, что тут уже произведены все расчёты, уберегающие устройство от закипания. К сожалению, контроля за нагревом тут тоже нет, но зато есть несколько существенных плюсов в сравнении с «самоделкой»:

• Внешний кожух сохраняет тепло внутри, позволяя змеевику прогреваться даже при невысокой температуре дымохода;
• Медные трубки не вступают в плотный контакт с нагревающейся поверхностью, это защищает устройство от возможного закипания.

Важно! К каждому заводскому теплообменнику прилагается подробная инструкция по его установке. Чтобы добиться максимальной производительности и не столкнуться с непредвиденными проблемами, необходимо её внимательно изучить и следовать всем рекомендациям производителя.

Воздушные теплообменники

Принцип действия такого устройства в том, что горячие газы внутри дымохода обтекают трубки теплообменника, за счёт чего они нагреваются и отдают энергию наружу. По сути, он не создаёт дополнительного нагрева, а просто направляет горячий в воздух в заданном направлении.

Воздушный теплообменник на дымоход может быть как самостоятельным, так и с принудительной тягой. Чтобы ускорить распространение горячего воздуха в помещении, часто используют обычный вентилятор, этого вполне достаточно для циркуляции воздуха, и в то же время не переостужает дымоход.

Собрать такой теплообменник можно самостоятельно, а все этапы показаны на видео в этой статье

Теплообменник «Кузнецова»

Это самый оптимальный теплообменник на дымоход для отопления холодной мансарды или чердака

. Горячие газы всегда стремятся вверх, а так, как выход располагается ниже уровня входа, они сначала нагревают теплообменник, и уже после этого, остывая, попадают в трубу, откуда и выходят на улицу.

Дымоход с теплообменником Кузнецова не сможет полностью обогреть помещение, но он практически полностью исключает потери тепла, выпуская через трубу только остывшие газы.

экономия энергии, экономия денег и сокращение выбросов парниковых газов в животноводческих помещениях — Развитие земельных и водных ресурсов

Отопление животноводческого помещения — дорогое удовольствие. Вытяжка вентиляции представляет собой наибольшую потерю тепла в более холодное время года; до 85% тепла теряется в вытяжной вентиляции и только 15% теряется через ограждающую конструкцию здания.

Снижение скорости вентиляции позволит сэкономить энергию, но может пострадать качество воздуха внутри. Кроме того, повысится уровень влажности и увеличатся уровни загрязнителей двуокиси углерода и аммиака. Это не здоровая среда для животных или людей.

Вместо этого используйте вентиляционный теплообменник, чтобы отбирать часть тепла от отработанного воздуха из помещения и использовать это тепло для предварительного нагрева поступающего свежего воздуха, поступающего в помещение.  Все большее количество ферм в используют вентиляционные теплообменники, чтобы сократить расходы на топливо при сохранении уровня вентиляции. Любой хлев, требующий тепла зимой, может выиграть от теплообменника.

Основы вентиляции сарая

В теплое время года вытяжные вентиляторы удаляют избыточное тепло, производимое животными, и тепло, полученное через стены и крышу сарая. Свежий воздух забирается в коровник, чтобы заменить отработанный воздух. Это поддерживает температуру в стойле на комфортном для животных уровне.

В более холодное время года тепла, производимого животными, часто недостаточно, чтобы уравновесить тепло, теряемое от разнообразных газов или от стен и крыши. Некоторая вентиляция по-прежнему необходима для удаления влаги, углекислого газа и аммиака, а также для сохранения здоровой окружающей среды в коровнике для животных и людей. Однако новый свежий воздух может быть довольно холодным и может значительно охладить сарай. Система обогрева (часто пропановая или газовая) используется для поддержания температуры в помещении.  За счет предварительного подогрева входящего холодного воздуха с помощью вентиляционного теплообменника требуется гораздо меньше дополнительного тепла.

Как работает теплообменник?

Теплообменник передает тепло от одного источника к другому. Холодная жидкость и теплая жидкость текут в противоположных или поперечных направлениях. Тепло от теплой жидкости рассеивается в холодной жидкости за счет теплопроводности через поверхность теплообмена. Автомобильные радиаторы, пластинчатые охладители, кондиционеры и холодильники содержат теплообменники.

Внутри радиатора автомобиля горячая охлаждающая жидкость двигателя охлаждается, чтобы двигатель не перегревался. В холодильнике для молочных тарелок теплое свежее молоко охлаждается, чтобы оно не портилось. В вентиляционном теплообменнике теплый отработанный воздух пересекает пути с холодным поступающим воздухом и отдает часть своего тепла, нагревая поступающий воздух, известный как «подпиточный воздух».

Внутри вентиляционного теплообменника находится поверхность (или сердцевина) теплообмена, состоящая из пластин или трубок, обычно сделанных из пластика или нержавеющей стали.  Отработанный воздух из коровника очень грязный, поэтому сердцевина разделяет отработанный и подпиточный воздух, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение. Эти загрязнения накапливаются в активной зоне, снижая ее эффективность теплопередачи. Воздушные фильтры могут удалять часть материала из отработанного воздуха до того, как он засоряет сердечник. В некоторых системах автоматическая система промывки регулярно вымывает материал из сердцевины.

Терминология теплообменника

Чтобы определить размер и выбрать подходящий теплообменник, полезно понимать различные термины технического проектирования, используемые в отрасли:

Эффективность рекуперации тепла — это наиболее важный фактор производительности. Он измеряет, насколько хорошо теплообменник извлекает тепло из отработанного воздуха, в процентах. Большинство теплообменников имеют КПД от 50% до 80%. Теплообменник с эффективностью 50% восстанавливает половину доступного тепла из отработанного воздуха.

Диапазон воздушного потока для многоскоростных агрегатов — в большинстве теплообменников можно регулировать скорость воздушного потока от низкого до высокого. В более крупных агрегатах могут использоваться частотно-регулируемые приводы (ЧРП), позволяющие изменять скорость воздуха. Выберите диапазон воздушного потока, соответствующий требованиям к вентиляции, поскольку животные растут в течение производственного цикла.

Эффективность движения воздуха — этот коэффициент производительности измеряет количество энергии, которое теплообменник использует для перемещения определенного количества воздушного потока. Обычно это измеряется в кубических метрах в час воздушного потока, на ватт потребляемой мощности. Более высокое число более эффективно.

Сколько энергии, денег и парниковых газов сэкономит теплообменник?

Теплообменники экономят электроэнергию, поскольку подпиточный воздух перед поступлением в коровник предварительно нагревается, что снижает расход топлива. В результате система отопления потребляет гораздо меньше топлива, что позволяет экономить деньги.

Снижение расхода топлива также снижает выбросы парниковых газов. Парниковый газ (ПГ) — это любой газ, улавливающий тепло в атмосфере. ПГ измеряются в килограммах или тоннах эквивалента диоксида углерода, что означает количество диоксида углерода, выброшенное в атмосферу. Сжигание топлива приводит к выбросам CO 2 . При сжигании различных видов топлива выделяется разное количество CO 2, поэтому выбросы могут измениться при смене топлива.

Установка теплообменника

Следуйте рекомендациям, чтобы выбрать размер и установить теплообменник, чтобы он был максимально эффективным. Проконсультируйтесь с производителем теплообменника для получения подробной информации и доступных опций.

Размер теплообменников должен соответствовать минимальной скорости вентиляции Этапа 1 и / или Этапа 2. Для коровников с полной загрузкой это зависит от роста животных. Купите агрегат с многоскоростным управлением или частотно-регулируемым приводом.  Подбирайте теплообменник для взрослых животных и работайте на более низких скоростях (меньший поток воздуха) для молодых животных.

Установите моющиеся или очищаемые поверхности теплообменника и фильтры. Убедитесь, что поверхность теплообмена (сердцевина) и фильтры легко доступны и чистятся. Сердечник должен быть съемным или иметь легко открываемые порты доступа, обеспечивающие хороший доступ для осмотра и / или очистки. Приобретите оборудование для очистки воздуха (например, фильтры, автоматические системы промывки) для теплообменника, если таковое имеется.

Установите дренажные линии. Теплообменники часто отводят достаточно тепла, чтобы отработанный воздух достиг точки росы (температуры, при которой происходит конденсация), и на сердечнике образуются капли воды. Эта вода собирается внутри устройства, и ее необходимо сливать в подходящее место. Кроме того, если для очистки используется автоматическая промывочная система, требуется дренажная система для грязной промывочной воды.

Используйте режимы размораживания. В очень холодную погоду температура сердечника может опуститься ниже нуля, что приведет к замерзанию конденсата в отработанном воздухе. Иней быстро накапливается на сердечнике и перекрывает поток воздуха, значительно снижая теплопередачу. Многие теплообменники имеют настройку автоматического размораживания, которая запускается, когда наружная температура ниже заданного уровня (например, -5 ° C или ниже). 

Некоторые агрегаты замедляют работу вентиляторов, чтобы уменьшить воздушный поток, или используют подогреватель входящего воздушного потока для предотвращения замерзания. Для агрегатов без функции размораживания проверяйте сердцевину несколько раз в день в морозную погоду. При обнаружении инея временно выключите вентилятор наддувочного воздуха (если возможно) и оставьте вытяжной вентилятор работать. Это согреет сердцевину и растопит мороз. Если проблемы не исчезнут, рассмотрите возможность установки подогревателя на впуске свежего воздуха.

Эффективно распределяйте воздух. Для рекуперации тепла теплообменнику необходимо, чтобы весь отработанный и всасываемый свежий воздух проходил через систему. Если используется один большой теплообменник, установите воздуховоды или циркуляционные вентиляторы для равномерного распределения свежего воздуха по коровнику. Большинство производителей могут провести тест на дым, чтобы проверить распределение воздуха внутри коровника.

Утеплить воздуховоды. Воздуховоды свежего воздуха (если они используются) должны быть изолированы. Поверхность воздуховода будет холоднее, чем воздух в помещении. Без изоляции может возникнуть конденсация, создавая влажный канал, который необходимо очистить, чтобы избежать роста болезнетворных микроорганизмов.

Минимизируйте утечку в воздуховоде / сердечнике. Убедитесь, что теплообменник имеет хорошие уплотнения для предотвращения смешивания потоков отработанного и подпиточного воздуха. Многие производители указывают, сколько происходит утечек (в процентах от общего воздушного потока), в рабочих характеристиках.  Утечка приведет к загрязнению стороны свежего воздуха, и патогены могут накапливаться и создавать проблемы для здоровья в коровнике.

Правильно контролировать теплообменник и интегрировать с системой вентиляции. Хорошо управляемый теплообменник снижает дополнительное тепло и заменяет большую часть или всю вентиляцию в холодное время года. 

Отрегулируйте теплообменник так, чтобы обеспечить необходимый воздушный поток для контроля влажности во время вентиляции на первом этапе (минимальная настройка). Если температура в помещении упадет ниже заданного значения нагрева, система отопления включится.

Большинство теплообменников являются многоскоростными. Пока животные молодые, используйте теплообменник на более низкой скорости. Увеличивайте скорость вентилятора в соответствии с требованиями к вентиляции по мере роста животных. Запрограммируйте контроллер вентиляции коровника на автоматическую регулировку скорости вентилятора или, при необходимости, отрегулируйте вручную.

Когда температура в стойле превышает заданную температуру нагрева, система отопления отключится. Продолжайте работу теплообменника на требуемой скорости для поддержания контроля влажности.

Если сарай продолжает нагреваться после отключения системы отопления, выключите теплообменник. Включите обычные настенные вытяжные вентиляторы, чтобы в сарае было прохладно.

Обслуживание теплообменника

Заброшенный теплообменник для вентиляции ничем не лучше обычного вытяжного вентилятора. Регулярно очищайте теплообменник, чтобы обеспечить максимальную рекуперацию тепла и минимизировать расходы на топливо. Многие крупные установки имеют автоматические системы очистки; используйте их, если они есть. Осматривайте теплообменник не реже одного раза в цикл для амбаров с полной загрузкой и не реже одного раза в месяц для сараев, где постоянно находятся люди. При необходимости очистите вручную. Установите шланг возле теплообменника для промывки. Зимой может потребоваться мойка горячей водой, чтобы предотвратить замерзание внутри теплообменника.

2020-09-26

Андрей Кузнецов | Машиностроение и аэрокосмическая техника

Профессор

Доктор Кузнецов заинтересован в разработке моделей электрически заряженных монолитных фильтров, способных улавливать вирусы.

В аспирантуре д-р Кузнецов преподает теорию и приложения теплопередачи (MAE 505) и продвинутый конвективный теплообмен (MAE 708). В обоих этих курсах он представляет реальные проблемы, которые имеют неожиданные решения. Например, однажды он рассказал своим ученикам правдивую историю о проблеме, с которой столкнулись несколько космонавтов, впервые прибывших на необитаемую космическую станцию. Станция была обесточена, и внутри было очень холодно. Им нужно было точно знать температуру на станции, но не было приборов для измерения температуры. Итак, один из Космонавтов плюнул на стену и замерил часами, сколько времени потребовалось, чтобы она замерзла. Подобные истории демонстрируют, как физические принципы неожиданным образом решают проблемы и оживляют материал.

На уровне бакалавриата доктор Кузнецов преподает механику жидкости I (MAE 308) и теплопередачу (MAE 310). Он дополняет фундаментальную трактовку видеороликами, показывающими различные эффекты и множество современных тем, таких как обсуждение того, почему биологические клетки обезвоживаются при замерзании и чудесных свойств сверхтекучего жидкого гелия.

Студенты доктора Кузнецова, как и он сам, больше всего на свете одержимы моделированием флюидно-термальных систем, что способствует стимулирующей исследовательской среде. На самом деле аспиранты доктора Кузнецова, впервые поработав с ним, часто удивляются и радуются тому, что он относится к ним как к коллегам. Они наслаждаются атмосферой стимулирующих дискуссий о конкурирующих идеях. Биотехнологическая направленность исследования также делает предмет особенно интересным.

В свободное от работы время доктор Кузнецов проводит со своей семьей.

Публикации

Аналитическое решение, моделирующее рост телец Леви

Кузнецов И. А., Кузнецов А.В. (2022, 2 июня), МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯ-ЖУРНАЛ ИМА . https://doi.org/10.1093/imammb/dqac006

Двунаправленный транспорт, в отличие от однонаправленного, позволяет транспортировать аксональные грузы против градиента их концентрации

Кузнецов И. А., Кузнецов А. В. (2022), ЖУРНАЛ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ , 546 . https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2022.111161

Можно ли объяснить отсутствие фибриллярной формы альфа-синуклеина в тельцах Леви его каталитической активностью?

Кузнецов И.А., Кузнецов А.В. (2022), МАТЕМАТИЧЕСКИЕ БИОНАУКИ , 344 . https://doi.org/10.1016/j.mbs.2021.108754

Расчет распределения возраста митохондрий по длине аксона

Кузнецов И.А., Кузнецов А.В. (2022, 27 сентября), КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕТОДЫ В БИОМЕХАНИКЕ И БИОМЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКЕ . https://doi.org/10.1080/10255842.2022.2128784

Влияние ветвления аксонов и асимметрии между ветвями на распределение транспорта, среднего возраста и возрастной плотности митохондрий в нейронах: вычислительное исследование

Кузнецов И. А., Кузнецов , А. В. (2022, 8 октября), МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ В БИОМЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКЕ . https://doi.org/10.1002/cnm.3648

Прогноз естественной конвекции, зависящей от свойств масштаба пор, в пористой среде при высоких числах Рэлея

Гасов С., Кузнецов А. В. и Джин Ю. (2022), МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ТЕПЛОВЫХ НАУК , 179 . https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107635

Эволюция турбулентных микровихрей и их влияние на конвекционный теплообмен в пористой среде

Huang, C.-W., Srikanth, V., & Кузнецов А.В. (2022), ЖУРНАЛ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТИ , 942 . https://doi.org/10.1017/jfm.2022.291

Макроскопическая двухмерная модель естественной конвекции в пористой среде, обусловленная градиентом концентрации частиц

Гасов С., Кузнецов А.В., Авила М. и Джин Ю. (2021), ЖУРНАЛ ГИДРОМЕХАНИКИ , 926 . (2021, 8 сентября) , МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ В БИОМЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКЕ . https://doi.org/10.1002/cnm.3523

Нарушение симметрии турбулентного течения в пористой среде, состоящей из периодически расположенных твердых препятствий

Срикант, В., Хуанг, К.-В., Су, Т.С., Кузнецов, А.В. (2021), ЖУРНАЛ ГИДРОМЕХАНИКИ , 929 . https://doi.org/10.1017/jfm.2021.813

Просмотреть все публикации через библиотеки штата Северная Каролина

Гранты

• Микромасштабное исследование турбулентного течения в пористой среде и на границе раздела пористая среда/жидкость: сочетание LES, DNS и подходы нейронной сети
• EAGER: Исследовательское исследование DNS-моделирования турбулентного теплообмена в пористых средах
• Моделирование течения, содержащего наночастицы, через электростатически заряженные монолитные фильтры
• Улучшение перемешивания микрообъемов жидкости с помощью биоконвекции

В. А. Кузнецов, Л. А. Мигачева, А. В. Стариков, А. Р. Титов, “Математическая модель теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения масла”, Вестн.

Самар. Гос. техн. ун-та, сер. физ.-мат. Науки [Дж. Самарский гостех. ун-та, сер. физ. Мат. наук], 1(26) (2012), 166–174

---

Вестн. Самар. Гос. техн. ун-та, сер. физ.-мат. Науки [Дж. Самарский гостех. ун-та, сер. физ. Мат. наук], 2012, выпуск 1(26), страницы 166–174 (ми всгту992)

---

Математическое моделирование

Математическая модель теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения масла

V. A. Kuznetsov ^a , L. A. Migacheva ^a , A. V. Starikov ^a , A. R. Titov ^b

^a Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия
^б Филиал Самарский ДОАО «Центрэнергогаз» ОАО «Газпром», Самара, Россия

Загрузить полный текст в формате PDF (971 КБ)

(опубликовано на условиях международной лицензии Creative Commons Attribution 4. 0)

Ссылки:

PDF

HTML

DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu992

Реферат: В работе сформулирована и решена краевая задача, описывающая процесс нестационарного теплообмена в аппаратах воздушного охлаждения масла. Смоделированы различные режимы работы таких теплообменников. Получены аналитические решения краевой задачи, соответствующие различным режимам работы аппаратов воздушного охлаждения масла.

Ключевые слова: уравнение теплопроводности, процесс теплообмена, задача Гретца–Нуссельта, начальные и граничные условия, разделение переменных

Представлена ​​оригинальная статья 03/IX/2011
Представлена ​​редакция – 28/I/2012

Библиографические базы данных:

Тип документа: Артикул

УДК: 517.958:536.24

MSC: 80A20

Язык: Русский

Ссылка: В.