Классический экономайзер (ЭМ) для дымохода позволяет увеличить отбор тепла от котла или банной печи и представляет собой специальный теплообменник, который встраивается в систему отведения дымовых газов. Площадь поверхности теплообмена зависит от конкретной конструкции прибора, а его эффективность обратно пропорциональна КПД отопительной техники — чем ниже ее КПД, тем лучше работает экономайзер.
Из конструктивных особенностей экономайзера стоит отметить, что приборы такого типа устанавливаются только на металлические дымоходы печей, котлов или каминов, сечение которых чуть меньше сечения конкретного ЭМ. Конкретные параметры установки определяют на этапе технических расчетов системы отопления или проектирования печного хозяйства бани.
Общее описание и особенности конструкции
Экономайзер или дымоходный конвектор разработан как участок обычной жаропрочной дымовой трубы, на котором расположены дополнительные поверхности теплообмена конвективного типа. Установка конвектора производится обычной врезкой прибора во внутренний участок дымовой трубы, а места соединения экономайзера и дымохода фиксируются с помощью хомутов или высокотемпературного герметика.
Из конструкторских особенностей системы отопления с экономайзером стоит отметить необходимость достаточно длинного участка дымохода от выхода самого отопительного устройства до его прохода через стену или потолок помещения. Данное требование исключает возможность установки конвекторов на дымоходах печей или котлов, которые имею короткий внутренний участок.
Экономическая и тепловая эффективность экономайзера напрямую зависит от его длины, которая связана с площадью поверхности теплообмена — чем больше длина дымового конвектора, тем больше тепла он отдает в помещение установки. Многие владельцы печей или котлов на твердом топливе специально разносят выходное дымовое отверстие устройства и место прохода дымовой трубы через стену, что позволяет устанавливать экономайзеры достаточно большой длины.
Нормативная база для установки и эксплуатации экономайзера
- отраслевой свод правил СП 60.13330.2020 по отоплению и вентиляции уточняет и дополняет строительные нормы и правила СНиП 41-01-2003, которые являются основным документом для проектирования систем отопления зданий;
- свод правил СП 89.13330.2016 по проектированию котельных установок выступает современной редакцией популярного стандарта семидесятых годов — СНиП II-35-76;
- свод правил СП 62.13330.2011 является более современной актуализированной редакцией известного СНиП 42-01-2002, который определяет нормы безопасности зданий сооружений в части газораспределительных систем;
- в части противопожарной безопасности при проектировании дымоходов и их прохождении через стены, потолки и крышу здания, следует руководствоваться отраслевым стандартом ППБ 01-03.
Принцип работы
Принцип работы экономайзера заключается в конвективном движении воздушных масс от более нагретого места к более холодному. Источником тепла для дымоходного конвектора является теплота продуктов сгорания отопительного прибора — печи, камина или котла. Поверхности конвекции в конструкции экономайзера обычно представляют собой набор труб одного диаметра, которые приварены к телу дымохода. Контакт с дымоходом нагревает воздух внутри труб, который интенсивно перемещается по объему помещения. Чем больше температура на выходе отопительного устройства, тем более эффективно работает дымоходный конвектор.
Эффективность работы экономайзера зависит от двух главных особенностей, которые определяются конструкционными и монтажными условиями. Из монтажных параметров отметим необходимость установки конвектора как можно ближе к точке выхода дымовых газов из тела котла или банной печи. Максимальная температура в этой точке повышает общую производительность экономайзера.
Из конструктивных особенностей дымоходных конвекторов, которые повышают его производительность, отметим его длину и количество каналов конвекции. Чем больше геометрическая длина экономайзера, тем больше поверхность нагрева и выше производительность по теплу. Большое количество труб также увеличивает поверхность нагрева, но снижает их общий диаметр. Оптимальное число труб лежит в пределах 8-12 штук.
Важным элементом конструкции любого дымоходного конвектора является шиберная заслонка самого прибора или штатной конструкции отопительного прибора. Ее отсутствие кратно увеличивает скорость протекания дымовых газов, что резко снижает их теплоотдачу на стенки экономайзера. С другой стороны злоупотребление закрытием шибера может привести к попаданию продуктов сгорания топлива в помещение котельной или бани. Такая особенность требует строгого соблюдения техники безопасности при работе с шиберной заслонкой.
Варианты исполнения
Классическая конструкция дымоходного конвектора базируется на отборе тепла от тела дымовой трубы, что позволяет существенно расширить область применения и увеличить количество используемых вариантов:
- Металлическая сетка с камнями вокруг дымовой трубы является прекрасным аккумулятором тепла для банной печи. Конвективная часть в такой конструкции прибора существенно снижается, что уменьшает скорость нагрева окружающего пространства. Такой недостаток компенсируется постепенным накоплением тепла в окружающих дымовую трубу камнях, которое затем отдается в пространство парилки после прекращения горения топлива;
- Еще одним вариантом экономайзера является использование горячего участка дымохода для нагрева холодной воды. На месте конвективных элементов ЭМ устанавливается круглый бак с холодной водой, нагрев которой происходит по мере растопки печи. Опасность в данном случае представляет момент закипания воды, что полностью исключает герметичность конструкции бака. Конструкция с нагревом воды на начальном участке дымохода является довольно распространенной и часто входит в штатную конструкцию банных печей;
- Еще одним вариантом дымоходного конвектора является конструкция с отводящими патрубками, которые позволяют через систему воздуховодов подавать горячий воздух в соседние помещения. Такое техническое решение оправдано как дополнительный источник тепла, а количество отводящих патрубков редко превышает 4 штуки. Для более эффективного отбора тепла, воздуховоды можно поместить непосредственно внутрь дымохода. Такое решение усложняет конструкцию и резко повышает его цену, что не всегда экономически целесообразно.
В интернете можно найти еще множество вариантов конструкции дымоходных конвекторов, однако их применение всегда наталкивается на принцип окупаемости отопительного прибора. Вторичность дымовых газов, как источника тепла, ограничивает тепловую эффективность любого экономайзера, а усложнение конструкции всегда ведет к повышению цены. Если у обычных конструкций дымоходных конвекторов самоокупаемость просчитывается достаточно просто, то усложнение их конструкции уводит срок самоокупаемости на временные отрезки в десятки лет.
Достоинства и недостатки современных экономайзеров
Все дымоходные конвекторы обладают широким рядом технических и эксплуатационных достоинств, наличие которых и определило их широкое распространение:
- простая установка и монтаж не требует профессиональных навыков и доступно даже обычному владельцу загородного дома или дачи;
- низкая стоимость конвекторных приборов обеспечивает реальный срок самоокупаемости, что позволяет повысить реальную экономическую и эксплуатационную эффективность всей системы отопления в целом;
- постоянное движение воздуха через теплообменные поверхности экономайзера резко снижает их температуру и качественно повышает пожарную безопасность всего выходного тракта котла, печи или камина;
- достаточно простая конструкции дымоходного конвектора увеличивает КПД отопительных приборов и обеспечивает снижение потребления топлива;
- ручное перекрытие конвекционных каналов позволяет регулировать их эффективность и в некоторых пределах управлять температурой в помещениях котельной или бани;
- современные материалы и простая конструкция дымоходного конвектора обеспечивают его высочайшую надежность, что положительно сказывается на общей экономике проекта отопления загородного дома или бани.
Из недостатков конвекторных конструкций дымовой трубы стоит отметить необходимость периодической чистки внутреннего пространства прибора и чисто геометрическое требование к наличию свободного пространства для монтажа. Последнее требование часто определяет установку экономайзера как самого первого (начального) отрезка дымовой трубы.
Основные правила монтажа и эксплуатации
Главной проблемой для широкого распространения дымоходных конвекторов является отсутствие места для его монтажа. Небольшая высота потолков препятствует использованию экономайзеров большой длины, а их горизонтальное размещение ограничено рекомендуемым числом перегибов дымовой трубы — не более трех. По этой причине экономайзеры, как правило, монтируют сразу на выходе из котла или банной печи, а вся остальная конструкция дымовой трубы является продолжением конвектора.
Еще одним преимуществом расположения экономайзера сразу на выходе отопительного прибора является его максимальная производительность, который обеспечивается установкой в месте с максимальной температурой дымовых газов. Такое конструктивное решение обеспечивает максимально возможный подъем КПД всей отопительной системы в целом, который вычисляется простым суммированием КПД отопительного прибора и КПД дымоходного конвектора.
Еще одной особенностью установки экономайзера является требование точного совпадения установочных диаметров выходного отверстия котла или банной печи, самого дымоходного конвектора и дымовой трубы. Нарушение этого правила ведет к вынужденному применению переходников, которые усложняют всю конструкцию, увеличивают цену монтажных работ и создают неровности тракта дымоудаления. Последняя особенность снижает тягу дымохода и способствует дополнительному осаждению сажи на таких участках.
Из общих правил проектирования и монтажа отопительных систем на твердом топливе можно сделать вывод, что экономайзеры желательно устанавливать на прямоходных печах или котлах, которые обладают низкой ценой и КПД. Установка экономайзера на котлах длительного горения и банных печах с многоходовой конструкцией топки экономически не целесообразна, а полученный эффект слабо отражается на общем КПД системы отопления.
Обслуживание и чистка
Техническое обслуживание любого экономайзера сводится к периодической чистке его от сажи и смол, которые выделяются при сгорании твердого топлива. Чистка дымоходного конвектора прямой конструкции с одной внутренней трубой, совпадающей по размеру с диаметром дымохода, ничем не отличается от стандартной чисты дымовых труб с помощью тросов или ершика.
Периодичность очистки дымохода с установленным экономайзером зависит от содержания смол или дегтя в используемом твердом топливе. В дровах хвойных пород можно отметить большое содержание смол, что приводит к необходимости более частой очистки. Березовые дрова, в отличие от хвойных, имеют в своем составе большое количество дегтя, который при сгорании осаждается на стенках как самого дымохода, так и установленного в нем дымоходного конвектора.
Из других особенностей обслуживания дымоходных конвекторов можно отметить необходимость периодических визуальных осмотров мест соединения и стыков, которые при неправильном монтаже могут иметь небольшие отверстия или щели. Самым простым способом устранения таких недостатков является применение высокотемпературного герметика, который при высыхании устраняет дефекты монтажа.
Несколько практических советов по выбору конкретной модели
- важной особенностью подбора необходимого экономайзера является выбор между конструкционной и нержавеющей сталью для основной трубы дымоходного конвектора. При сгорании твердого топлива выделяется большое количество соединений азота и серы, что определяет оправданный выбор в пользу нержавеющей стали;
- выбор в пользу воздушной или водяной модели экономайзера напрямую связан с необходимостью нагрева воды или воздуха. На твердотопливных котлах отопления обычно устанавливают воздушные конвекторы, а для банных печей оправдан выбор в пользу водяных моделей;
- при выборе в пользу многотрубных экономайзеров типа Ферингер всегда стоит помнить о необходимости периодической чистки дымохода, при которой многотрубная конструкция может потребовать демонтажа. Такая особенность особенно важна при топке смолистыми дровами, чистка дымовой трубы для которых может потребоваться несколько раз за год.
Долговечность и расчетные сроки службы
Долговечность дымоходного конвектора полностью зависит от состава и температуры отходящих газов и используемой в производстве марки стали. При больших температурах на выходе банной печи или котла отопления на твердом топливе долговечность обычной стали толщиной до 1 мм не превышает 5-7 лет. Также срок эксплуатации сокращает большое количество кислотных соединений, которые присутствуют при сжигании дров или угля. При этом стоит помнить, что при снижении температуры на выходе печи или котла, вызывает более интенсивное осаждение кислотных остатков на стенках дымоходного конвектора.
При выборе в пользу конструкции из нержавеющей стали кислотостойких марок, долговечность экономайзера существенно возрастает, а срок его безопасной эксплуатации превышает 20 и более лет.