Самодельный обогреватель в дом, на дачу, в гараж, для палатки в поход, для временного обогрева

Жаждущих сделать обогревательный прибор собственными руками не убывает: расценки на заводские устройства независимого обогревания не радуют, а их заявленные характеристики часто оказываются завышенными сравнительно с настоящими. Предъявлять претензии бесполезно: у изготовителей постоянно есть «металлическая отговорка» – результативность обогревания помещения во многом зависит от его теплотехнических параметров. Ситуации, когда из изготовителя получалось «выдавить» компенсацию за результаты несчастья, случившегося по вине их изделия, также единичны. Правда, хотя домашние системы обогрева собственноручно делать законом не запрещено, беда по вине самоделки станет серьезным отягчающим обстоятельством для ее производителя и хозяина. Благодаря этому в этой статье дальше описано, как правильно собственными руками сделать безопасные домашние системы обогрева нескольких систем, по тепловой эффективности не уступающие оптимальным промышленным образцам.

Конструкции

Любители-мастеровые городят системы обогрева часто очень замысловатой конструкции, см. фото на рис. Порой они выполнены бережно. Но подавляющее большое количество описанных в рунете самодельных устройств для обогрева помещения соединяет одно: большая степень создаваемой ими опасности, идеально комбинирующаяся с полным несоответствием предвкушаемых технических специфик действительным. Обязательно это можно отнести к надежности, долговечности и транспортабельности.

самодельные системы обогрева

Сделать обогревательный прибор для дома, хоз. помещений или походный независимый для дачного участка, туризма и рыбалки возможно следующих систем (слева направо на рис.):

  • С непосредственным подогревом воздуха на естественной конвекции – электрический камин.
  • С принудительным обдувом нагревателя – тепловой вентилятор.
  • С неявным подогревом воздуха, на естественной конвекции или с принудительным обдувом – масляный или водо-воздушный обогревательный прибор.
  • В виде излучающей тепловые (инфракрасные, ИК) лучи поверхности – термопанель.
  • Пламенный независимый.

Последний от печи, плиты или генератора тепла выделяется тем, что очень часто не имеет встроенной горелки/камеры сгорания, а применяет бросовое тепло отопительно-варочных приборов. Тем не менее, грань здесь очень размыта: системы обогрева на газе со встроеной горелкой есть в продаже и выполняются собственноручно. На большинства из них можно готовить или разогревать пищу. Тут в конце тоже будет описан пламенный обогревательный прибор, который не на дровах, не на топливе жидкого типа, не на газу и совсем уж точно не печка. А остальные рассматриваются в порядке убывания степени их надежности и безопасности. Которые все таки при надлежащем выполнении и у «худших» образцов вполне соответствуют требованиям в бытовым независимым устройствам для обогрева помещения.

Термопанель

Это довольно не простой и трудный, но самый неопасный и эффектный вид бытового обогревателя работающего от электричества: термопанель двустороннего излучения на 400 Вт комнату 12 кв. м в бетонном доме нагревает с +15 до +18 градусов. Потребная мощность электрического камина в данном случае – 1200-1300 Вт. Расход денежных средств на самостоятельное изготовление термопанели невысокий. Работают термопанели в т. наз. дальнем (более удаленном от красной области видимого спектра) или длинноволновом ИК, благодаря этому тепло дают мягкое, не жгучее. Вследствие относительно слабого нагрева теплоизлучающих компонентов, если они выполнены правильно (см. ниже), эксплуатационный износ термопанелей фактически не присутствует, а надежность и долговечность их лимитированны непредусмотренными внешними влияниями.

Теплоизлучащий компонент (излучатель) термопанели состоит из тонкого плоского проводника из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, зажатого между 2-мя обкладками – пластинами из диэлектрика, светопрозрачного для ИК. Нагреватели термопанелей выполняются по тонкопленочной технологии, а обкладки – из особого пластикового композита. То и другое дома невозможно, благодаря этому большое количество любителей пытаются делать излучатели тепла на основе углеродного покрытия, зажатого между 2-мя стеклами (поз. 1 на рис. ниже); простое обычное стекло практически прозрачно для ИК.

Такое техническое решение – стереотипный суррогат, ненадежный и недолговечный. Проводящую пленку получают либо из свечной сажи, либо намазывая на стекло эпоксидный компаунд с наполнением из молотого графита или электротехнического угля. Главный изъян двоих способов – неравномерная толщина пленки. Углерод в аморфной (уголь) или графитовой аллотропной вариации – полупроводник с высокой для этого класса веществ своей проводимостью. Отличительные для полупроводников эффекты появляются в нем слабо, практически неуловимо. Однако с повышением температуры проводящего слоя удельное электрическое сопротивление углеродной пленки не растет линейно, как у металлов. Последствие – тонкие места греются крепче, выгорают. Плотность тока в намного толстых растет, греются и они, тоже выгорают, и в скором времени выцветает вся пленка. Это т. наз. лавинообразное выгорание.

Более того, пленка из сажи очень нестойка, быстро сыпется сама по себе. В клей на эпоксидной основе для получение необходимой мощности обогревательного прибора необходимо вводить до 2-х объемов углеродного наполнителя. Вообще-то можно и до 3-х, а если в смолу перед введением отвердителя добавить 5-10% по объему водного ингибитора – дибутилфталата – то и до 5 объемов наполнителя. Но готовый к работе (не затвердевший) компаунд выходит густым и вязким, как пластилин или жирная глина, и нанести его тонкой пленкой невозможно – эпоксидка липнет ко всему на свете, помимо парафиновых углеводородов и фторопласта. Шпатель из последнего сделать можно, но компаунд за ним потянется грядочками и комками.

Напоследок, графитовая и угольная пыль – очень опасные для здоровья (о силикозе у шахтеров слыхали?) и чрезвычайно пачкающиеся вещества. Снять или выстирать их следы невозможно, запачканные вещи приходится выкидывать, они пачкают иные. Кто хотя бы раз имел дело с графитовой смазкой (это тот же мелко дробленый графит) – как говорят, жив я буду, не забуду. Т.е., самодельные излучатели для термопанели необходимо делать каким-то еще одним вариантом. На счастье, расчет демонстрирует, что для этого пригодна «добрая старая», проверенная многими десятками лет и дешевая нихромовая проволока.

Расчет

Сквозь 3-мм оконнон стекло без опасности его перегрева трещины проходит ок. 8,5 Вт/кв. дм ИК. Из «пирога» излучателя термопанели туда и обратно уйдет 17 Вт. Зададимся размерами излучателя 10хсемь сантиметров (0,7 кв. дм), подобных кусков можно нарезать из боя и отходов порезки фактически в довольно большом количестве. Тогда один излучатель отдаст нам комнату 11,9 Вт.

Примем мощность обогревательного прибора в 500 Вт (см. выше). Тогда потребуется 500/11,9 = 42,01 или 42 излучателя. Конструктивно панель будет представлять матрицу 6х7 излучателей размерами без обрамления 600х490 мм. Накинем на обрамление до 750х550 мм – по эргономике проходит, достаточно плотно.

Потребляемый от сети ток – 500 Вт/220 В = 2,27 А. Электрическое сопротивление всего обогревательного прибора – 220 В/2,27 А = 96,97 или 97 Ом (закон Ома). Сопротивление одного излучателя – 97 Ом/42 = 2,31 Ом. Удельное сопротивление нихрома практически точно 1,0 (Ом*кв. мм)/м, но какого сечения и длины необходима проволока для одного излучателя? Уместится ли нихромовая «змея» (поз. 2 на рис.) между стеклами 10хсемь сантиметров?

Приспособление и чертежи самодельного инфракрасного панельного обогревательного прибора

Плотность тока в открытых, т.е. контактирующих с воздухом, нихромовых электроспиралях – 12-18 А/кв. мм. Светятся они при этом от мрачно- до светло красного (600-800 градусов Цельсия). Примем 700 градусов при плотности тока 16 А/кв. мм. При условиях свободного излучения ИК температура нихрома от плотности тока зависит приблизительно по корню квадратному. Уменьшим ее в два раза, до 8 А/кв. мм, получаем эксплутационную температуру нихрома в 700/(2^2) = 175 градусов, для обычного стекла безопасно. Температура поверхности с наружной стороны излучателя при этом (без учета теплоотвода за счёт конвекции) не превысит 70 градусов при наружной в 20 градусов – годится и по передаче тепла «мягким» ИК, и по безопасности, если закрыть излучающие поверхности сеткой для защиты (см. дальше).

Номинальный рабочий ток в 2,27 А даст сечение нихрома 2,27/8 = 0,28375 кв. мм. По школьной формуле площади окружности находим диаметр проволки – 0,601 или 0,6 мм. С запасом примем его 0,7 мм, тогда мощность обогревательного прибора будет 460 Вт, т.к. она подчиняется от его рабочего тока по квадрату. 460 Вт для обогревания хватит, достаточно было бы и 400 Вт, а долговечность прибора возрастет в пару раз.

1 м нихромовой проволки диаметром 0,7 мм имеет сопротивление 2,041 Ом (0,7 в квадрате = 0,49; 1/0,49 = 2,0408…). Для получения сопротивления одного излучателя 2,31 Ом потребуется 2,31/2,041 = 1,132… или 1,13 м проволки. Примем ширину нихромовой «змейки» в 5 см (по 1 см запаса с краев). На обворот 1-мм гвоздей (см. ниже) прибавим по 2,5 мм, в итоге 5,25 см на ветвь змейки. Ветвей потребуется 113 см/5,25 см = 21,52…, примем 21,5 ветки. Их общая ширина 22х0,07 см (диаметр проволки) = 1,54 см. Примем длину змейки в 8 см (по 1 см запаса с коротких краев), тогда показатель укладки проволки 1,54/8 = 0,1925. В паршивейших китайских маломощных силовых трансформаторах он ок. 0,25, т.е. нам на изгибы и промежутки между ветками змейки места достаточно с избытком. Уф-ф, принципиальные вопросы решены, переходите к ОКР (опытно-конструкторские работы) и техническому проектированию.

ОКР

Проводимость тепла и прозрачность для ИК обычного стекла сильно меняются от марки к марке и от партии к партии. Благодаря этому сначала придется выполнить 1 (один) излучатель, см. ниже, и провести его проверки. В зависимости от их результата, возможно, придется скорректировать диаметр проволки, так что не закупайте нихрома сразу много. При этом изменятся минимальный ток и мощность обогревательного прибора:

  • Проволока 0,5 мм – 1,6 А, 350 Вт.
  • Проволока 0,6 мм – 1,9 А, 420 Вт.
  • Проволока 0,7 мм – 2,27 А, 500 Вт.
  • Проволока 0,8 мм – 2,4 А, 530 Вт.
  • Проволока 0,9 мм – 2,6 А, 570 Вт.

Примечание: кто правильный в электричестве – минимальный ток, как можно заметить, меняется не по квадрату диаметра провода. Почему? С одной стороны, у тонких проводов относительно большая излучающая поверхность. Со второй – при толстом проводе нельзя превосходить допустимую пропускаемую стеклом мощность ИК.

Для испытаний готовый образец устанавливают вертикально, подперев чем-то неподдающимся горению и термоустойчивым, на несгораемую поверхность. Потом подают в него минимальный ток от регулируемого источника питания (ИП) на 3 Но и более или ЛАТРа. В последнем варианте оставлять образец без присмотра нельзя все время испытаний! Ток находится под контролем цифровым тестером, щупы которого должны быть плотно сжаты с токоведущими проводами винтом с гайкой и шайбами. Если бывалый образец запитан от ЛАТРа, тестер должен померить силу электрического тока (предел AC 3А или AC 5А).

В первую очередь необходимо проверить, как ведет себя стекло. Если оно на протяжении 20-30 мин перегревается и потрескается, то, может быть, негодна вся партия. Напр., в стекла б/у в течении определенного времени въедается грязь и пыль. Разрезать их – сущая мука и смерть алмазного стеклореза. А трескают аналогичные стекла при намного более не сильном нагреве, чем новые того же сорта.

Дальше через 1-1,5 часа исследуется сила излучения ИК. Температура стекла здесь не показатель, т.к. главную часть ИК излучает нихром. Потому как фотометра с ИК фильтром у вас быстрее всего не найдется, придется выверять ладошками: их держат параллельно излучающим поверхностям на расстоянии ок. 15 см от них не меньше 3-х мин. Затем на протяжении 5-10 мин должно ощущаться ровное мягкое тепло. Если ИК от излучателя начинает жечь кожу сразу, диаметр нихрома уменьшаем. Если через 15-20 мин легкого жжения (как на солнечном пригреве в июле) не чувствуется, нихром необходимо взять толще.

Как согнуть змею

Приспособление излучателя самодельного панельного обогревательного прибора дано на поз. 2 рис. выше; нихромовая змейка показана образно говоря. Нарезанные в размер стеклянные обкладки чистятся от грязи и моются щеточкой в воде с добавлением любого моющего для посуды, потом также с применением щетки промываются под струёй питьевой воды. «Уши» – контактные ламели размером 25х50 мм из медной фольги – приклеиваются к одной из обкладок эпоксидным клеем или мгновенным цианоакрилатным (суперклеем). Заход «уха» на обкладку – 5 мм; наружу торчит 20 мм. Чтобы ламель не отвалилась, пока клей не схватился, под нее ложат что-нибудь толщиной 3 мм (толщина стекла обкладки).

Дальше необходимо создать самую змейку из нихромовой проволки. Выполняется это на шаблоне-оправке, схема которой дана на поз. 3, а детальный чертеж – на рис. тут. «Хвостики» для отжига змейки (см. ниже) необходимо дать от 5 см. Обкусанные кончики гвоздей шлифуются до округлости на наждачном камне, иначе готовую змейку снять, не смяв, будет невозможно.

Чертеж шаблона для создания плоского нихромового ТЕНА

Нихром довольно упруг, потому навитую на шаблон проволоку необходимо отжечь, чтобы змейка держала форму. Это необходимо делать в полутьме или при неярком освещении. На змейку подают напряжение 5-6 В от ИП не меньше чем на 3 А (вот для чего на дереве необходима жаростойкая накладка). Когда нихром засветится вишневым, ток выключают, дают нити полноценно остынуть, и повторяют данную процедуру 3-4 раза.

Второй шаг – змейку прижимают пальцами через наложенную на нее фанерную полоску и бережно разматывают навитые на 2-мм гвозди хвостики. Каждый хвостик выпрямляют и формуют: на 2-мм гвозде остается четверть витка, а остальное отрезают наравне в краем шаблона. Остаток «хвостика» в 5 мм зачищают острым ножиком.

Сейчас змейку необходимо снять с оправки, не покорежив, и зафиксировать на подложке, обеспечив хороший электрический контакт выводов с ламелями. Снимают парой ножей: их лезвия подсовывают с наружной стороны под изгибы ветвей на 1-мм гвоздях, бережно поддевают и поднимают извитую нить нагревателя. Потом змейку укладывают на подложку и немножко подгибают, если требуется, выводы, чтобы легли прим. в середине ламелей.

Железными припоями с неактивным флюсом нихром не паяется, а останки активного флюса в течении определенного времени могут разъесть контакт. Благодаря этому нихром к меди «паяют» т. наз. жидким припоем – проводящей ток пастой; реализуется она в радиомагазинах. На контакт зачищенного нихрома с медью выдавливают каплю жидкого припоя и через кусочек пленки из полиэтилена придавливают пальцем, чтобы паста не выпирала вверх от проволки. Можно сразу взамен пальца придавить каким-то плоским грузиком. Снимают пригруз и пленку после отвердевания пасты, от часа до суток (время указывается на тюбике).

Застыл «припой» – настало время собирать излучатель. Вдоль в середине давим на змейку тонкую, не толще 1,5 мм, «колбаску» обыкновенного строительного герметика на основе силикона, это предотвращает сползание и замыкание изгибов проволки. После чего тот же герметик давим валиком уже толще, 3-4 мм, по контуру подложки, отступив от края прим. на 5 мм. Налаживаем покровное стекло и довольно аккуратно, чтобы не сползло вбок и не потянуло за собой змейку, придавливаем, пока не ляжет плотно, и откладываем излучатель на сушку.

Скорость схватывания силикона – 2 мм в день, но через 3-4 дня, как на первый взгляд покажется, брать излучатель дальше в работу еще нельзя, необходимо подсушить внутреннему валику, фиксирующему изгибы. Потребуется на это прим. неделя. Если выполняется много излучателей уже для рабочего обогревательного прибора, их можно сушить штабелем. Слой находящийся снизу расстилают на пленке из полиэтилена, ею же накрывают сверху. Детали отпечаток. слоя кладут поперек нижележащих, и т.д., зонируя слои пленкой. Штабель, для гарантии, сушится 2 недели. После сушки выступившие остатки силикона срезают лезвием неопасной бритвы или острым монтажным ножиком. С контактных ламелей силиконовые наплывы тоже необходимо полноценно удалить, см. ниже!

Монтаж

Пока излучатели сохнут, делаем из планок твёрдого дерева (дуб, бук, граб) 2 равные рамки (поз. 4 на рис. со схемой панельного обогревательного прибора). Соединения делаются врезкой вполдерева и крепятся мелкими шурупами. МФД, фанера и материалы из дерева на искусственных связующих (Дсп, OSB) не годятся, т.к. продолжительный нагрев, пускай и не крепкий, им решительно вреден. Если вы имеете возможность вырезать детали рамок из текстолита или стеклотекстолита – вообще прекрасно, но эбонит, бакелит, текстолит, карболит и термопластичные пластики негодны. Древесные детали перед сборкой два раза пропитываются водно-полимерной эмульсией или разведенным в два раза лаком на акриловой основе на основе воды.

В одну из рамок ложатся готовые излучатели (поз. 5). Перекрывающиеся ламели электрически соединяются каплями жидкого припоя, как и перемычки на боковинах, образующие методичное соединение всех излучателей. Подводящие провода (от 0,75 кв. мм) лучше припаять обыкновенным легкоплавким припоем (напр. ПОС-61) с неактивной флюс-пастой (состав: канифоль, этиловый спирт, ланолин, см. на пузырьке или тюбике). Паяльный аппарат – 60-80 Вт, но паять необходимо быстро, чтобы излучатель не расклеился.