Печь с водяным контуром для отопления дома: варианты реализации

Современную печь-камин с успехом применяют для отопления частного дома

Преимущества и недостатки печного отопления

Обычная дровяная печь или камин нагревают помещение за счёт сочетания радиационного и конвекционного теплообмена. Прогревшиеся массивные стены печи излучают тепловую энергию, передавая её воздуху и предметам обстановки помещения. Холодный воздух постепенно замещается нагретым.

Печное отопление обладает рядом несомненных преимуществ:

• не требует подключения к электрическим и газовым коммуникациям. Топливо: дрова, уголь, брикеты из торфа – как правило, дешёвое и экологически чистое, его сжигание не наносит вреда окружающей среде;
• радиационный теплообмен является наиболее комфортным;

Интересно! Радиационный (он же лучистый) теплообмен – единственный вид теплообмена, который происходит без участия теплоносителя.

Русская печь обогревала дома многих поколений наших предков

• большинство печей для дома (длительного горения или обычных) многофункциональны, могут быть использованы не только для отопления, но и для нагрева воды и приготовления пищи (как внутри печи, так и на варочной поверхности);
• в жаркое время года массивная кирпичная печь для дома способствует кондиционированию помещения: за счёт того, что она всегда построена на отдельном фундаменте, излишек тепла выводится в землю;
• печь или камин создают особую атмосферу в доме и во многих случаях являются элементом, определяющим стиль интерьера.

Камин создает особую атмосферу в доме и задает стиль интерьера

Однако наряду с преимуществами печному отоплению присущи и недостатки:

• размеры — мощность отопительных печей для дома зависит от их габаритов;
• инерционность — традиционная печь для дома из кирпича требует очень много времени для разогрева и выхода в рабочий режим. Правда, современные чугунные печи для дома, печи-камины, буржуйки и булерьяны практически избавлены от этого недостатка;
• высокая теплопотеря из-за низкого КПД (коэффициент полезного действия) — большое количество тепловой энергии уходит через дымоход в атмосферу;
• невозможность обеспечить равномерный прогрев дома. Горячий воздух постепенно вытесняет холодный, но происходит это неравномерно — температура может быть слишком высокой рядом с печью и слишком низкой на расстоянии от неё;

Факт! Печь может обогреть только те помещения, которые примыкают к ней непосредственно. Поэтому в удалённых от неё частях здания часто приходилось устраивать дополнительную печку.

Принцип печного отопления — горячая печь излучает тепловую энергию в окружающее пространство (лучистый теплообмен), затем холодный воздух замещается нагретым (конвекционный теплообмен)

• необходимость постоянного обслуживания — печь требует закладывать дрова, чистить зольники от шлаков и дымоходы от сажи и мусора, поддерживать процесс горения, регулировать тягу;
• сложность управления — управлять процессом сгорания топлива в печи сложнее, чем в котлах;
• необходимость хорошей тяги — тяга нужна для интенсивного горения, а также для вывода угарных газов;
• пожароопасность — для обеспечения пожарной безопасности необходима изоляция дымоходов, особенно для печи в деревянном доме. Дополнительный фактор пожароопасности создается тем, что мгновенная остановка процесса горения в печи невозможна;
• необходимость постоянного пополнения и хранения запаса топлива, а также утилизации отходов: шлака и золы.

Для обеспечения работы печи требуется её постоянное обслуживание: закладка дров, чистка зольников и дымоходов, контроль за процессом горения, регулировка тяги

Печь с водяным контуром для отопления дома: преимущества

Как уже было упомянуто, обычная печь не в состоянии обеспечить равномерный прогрев всех помещений в доме. В современных печах и каминах эту проблему частично решают, монтируя конвекционную камеру, к которой подключают систему воздуховодов. В результате поток тёплого воздуха от печи не предоставлен самому себе, а перемещается в ограниченном пространстве труб и регулируется задвижками, заслонками, решётками и прочими дополнительными устройствами.

Однако воздуховодные каналы громоздки, съедают полезное пространство, с увеличением их длины и количества поворотов возрастают теплопотери. Они нуждаются в наблюдении и обслуживании: периодической очистке от пыли, сажи и копоти. Сам воздух обладает низкой удельной теплоёмкостью, для передачи тепла в удалённое от печи помещение требуется принудительное нагнетание нагретых воздушных масс вентилятором. Поэтому вода, как теплоноситель, во многих отношениях предпочтительнее воздуха.

Комбинированная система отопления коттеджа с применением печи-камина с водяным контуром и солнечных коллекторов

Факт! Удельная теплоёмкость воды почти в 4 раза превышает удельную теплоёмкость воздуха. Достаточно сравнить 4,187 кДж/(кг×К) и 1,055 кДж/(кг×К).

Горячую воду легко транспортировать по трубопроводам небольшого диаметра, передавая при этом тепловую энергию на значительные расстояния. Кроме того, вода – безвредное, негорючее, нетоксичное, химически нейтральное и всегда доступное вещество.

Принцип работы печного отопления с водяным контуром

Принцип работы отопительного контура прост – теплоноситель (в данном случае, вода) во время сгорания топлива нагревается, затем распространяется по трубам, отдавая при этом тепло окружающему пространству.

Схема подключения камина с водяным теплообменником в закрытую систему отопления с бойлером-накопителем: 1 – смесительный клапан; 2 – циркуляционный насос; 3 – расширительный бак; 4 – аварийный клапан; 5 – топка с теплообменником; 6 – бойлер-накопитель; 7 – радиаторы отопления

Прообраз современных твердотопливных котлов и печей на дровах длительного горения для дома знаком многим – это «шведка». В шведскую печь встроен металлический резервуар, который перед закладкой дров и растопкой наполняется холодной водой. И, хотя вода в процессе топки нагревается долго, так же долго она отдаёт тепло – спустя много времени после того, как пламя погаснет.

Постепенно ёмкость для воды была преобразована в теплообменник, в результате чего появилась возможность подключать систему магистралей для отопления дома и горячего водоснабжения.

Современные отопительные печи с варочной поверхностью или духовкой выглядят стильно и замечательно вписываются в любой интерьер

Конструкция печей с водяным отоплением

Отличительной особенностью любой печи для отопления дома, оснащённой водяным контуром, является теплообменник, иначе называемый змеевиком, радиатором или котлом. Это устройство способно обеспечить нагрев неограниченного количества воды. Габариты и форма бака зависят от объёма топочной камеры и могут варьироваться в самых широких пределах.

Теплообменник

В некоторых модификациях печей для отопления дома теплообменник устанавливается непосредственно в топку, но при таком способе существует опасность протечки теплоносителя (то есть, воды) или даже взрыва при его перегреве и закипании. Кроме того, в этом случае неизбежно уменьшается ёмкость топочной камеры. Более безопасным вариантом является встройка теплообменника в колпак дымохода. При этом большая часть горячего воздуха, поднимающегося из топки, будет нагревать теплоноситель, а не улетучиваться через трубу на улицу.

Схема установки печи-камина с водяным контуром для горячего водоснабжения

Расчёт мощности и размеров теплообменника

Самостоятельный расчёт мощности и размеров теплообменника довольно сложная задача для того, кто не является инженером-теплотехником, но в большинстве случаев возможно сделать приблизительную оценку.

Полезный совет! Практикой доказано, что при высоте потолков от 2,5 до 2,7 м на 10 м² площади дома требуется от 1 до 1,2 кВт мощности отопительной системы.

Обычная печь для дома на дровах в течение часа выделяет примерно 6,5 тысяч кКал, что достаточно для прогревания небольшого дачного дома. Наличие водяного контура повысит уровень комфорта вдвое. После расчёта теплопотерь можно рассчитать мощность самого теплообменника. Теплосъём с каждого квадратного метра его площади варьируется в пределах от 5 до 10 кВт. Этот факт и лежит в основе определения потребной мощности.

При выборе теплообменника для печи или камина необходимо учитывать параметры строения и системы отопления в нём

На самом деле, нет нужды погружаться в сложные формулы. Достаточно обратиться к специалистам, которые руководствуясь уже готовыми таблицами, подберут теплообменник для печи частного дома, соответствующий заданным параметрам строения и системе отопления в нём.

Материал

Прежде чем определиться с конструкцией регистра (он же теплообменник) печи для дома, следует решить, из какого материала он будет сделан. Существует несколько вариантов:

• медь — с одной стороны, медный змеевик очень эффективен, так как теплопроводность этого материала одна из лучших. С другой – его температура плавления равна 1083°С, а в топке – при нештатных ситуациях, возникновение которых никогда нельзя исключить полностью, – она может подняться до 1200°С. Поэтому на использование меди в топливнике кирпичной печи наложен категорический запрет. Дополнительно нужно обратить внимание на то, что образующийся при охлаждении контура конденсат содержит агрессивные химические соединения, которые вызывают коррозию;
• чугун — чугунные радиаторы очень устойчивы к воздействию коррозии, но отличаются хрупкостью, а температурные деформации, возникающие при остывании и нагреве, могут привести к образованию трещин и порче теплообменника. Кроме того, регистр из чугуна – ввиду того, что этот металл плохо поддаётся обработке – собирается из литых деталей с использованием резьбы и уплотнителей, что приводит к понижению надёжности агрегата в целом;

Кирпичная печь-голландка одна из самых простых печей с хорошими КПД и теплоотдачей

• сталь — наиболее доступный и легкообрабатываемый материал. Теплообменники рекомендуют делать из жаропрочной стали толщиной от 3 до 5 мм, используя при этом бесшовные трубы. При этом следует поддерживать такой режим отопления, при котором образуется как можно меньше конденсата, и никогда не сливать теплоноситель, потому как стальные изделия подвержены коррозии;
• жаростойкая нержавеющая сталь — лучший, но и самый дорогой материал для радиатора печи для частного дома.

Полезный совет! Самая подходящая сталь для теплообменника – марки AISI 304. При изготовлении деталей желательно использовать лазерную резку и сварку в аргоновой среде.

Конструкция печи-камина с водяным контуром

Конструкция

Теплообменник – в зависимости от его материала – может быть изготовлен из круглых или профильных прямоугольных труб, металлического листа, а также из сочетания этих деталей. Месторасположение и способ установки определяется его формой:

• теплообменник из листовой стали — может быть помещён в самое жаркое место, то есть — в топочную камеру. Для изготовления используется стальной лист 3÷4 мм толщиной в сочетании с трубами диаметром 40÷50 мм для подключения подающей и обратной магистралей. Во избежание образования паровых пробок верхняя труба для подачи воды должна быть в самой верхней точке теплообменника, ибо при проникновении паровой пробки в систему отопления возникает опасность гидроудара. Что в свою очередь приведёт к разрушению труб или радиаторов. Чтобы вода в теплообменнике не закипела, его внутренний зазор должен быть не менее 30 мм;

Стальные трубы для изготовления теплообменника печи

• теплообменник из труб — делается из труб: круглых диаметром 40÷50 мм или прямоугольных профильных сечением 40×60 или 60×60 мм. Также может быть расположен в топке (при условии, что сделан не из меди), пространственное решение зависит от конкретной печи. Главное – устройство не должно загораживать дверцу для закладки топлива, колосники и дымооборотные каналы. Если печь является отопительной-варочной, то трубы теплообменника прокладывают только вдоль боковых плоскостей топочной камеры;
• трубчатый плоский регистр — чаще всего располагаются в дымооборотных каналах или колпаке печи, где условия более щадящие, поэтому могут прослужить дольше, чем радиаторы, находящиеся в топке. Размеры их весьма внушительны, так как находятся они в местах, где теплосъем низкий, и должны быть просчитаны заранее, ибо не должно возникать препятствий для выхода дымовых газов.

Размещать печь в доме необходимо с соблюдением правил пожарной безопасности

Монтаж

Монтаж теплообменника должен производиться только в ему предназначенную печь для дома. Видео- и фотоинструкции наглядно подтверждают необходимость привлечения специалиста-печника и соблюдения ряда правил:

• теплообменник после изготовления должен быть дважды опрессован давлением в 6 бар: до установки в печь, а также после неё;
• теплообменник монтируется сразу после устройства фундамента под печь, после чего выполняют её кладку;
• абсолютно не рекомендовано вмуровывать теплообменник в кладку печи! Между ним и стенками должен быть зазор в 10÷15 мм, компенсирующий тепловое расширение;

Элементы комбинированой системы отопления коттеджа с камином и солнечными коллекторами

• при монтаже труб следует оставлять зазор в 5 мм и заполнять его асбестовым шнуром или другим жаропрочным уплотнителем;
• отрезок трубы на выходе должен иметь длину не менее 10÷15 см. Это позволит нарезать новую резьбу в случае её повреждения;
• трубы отопления соединяются с теплообменником только с использованием жаропрочного уплотнителя;
• реконструкцию готовой печи с целью установки в неё водяного контура должен делать только специалист.

Для обустройства печи лучше воспользоваться услугами опытного печника

Эксплуатация печи-камина с водяным контуром отопления

Для безаварийной работы отопительной системы необходимо также соблюдать правила эксплуатации:

1. Не использовать печь с незаполненным теплообменником: он быстро прогорит.
2. Во время работы печи не отключать теплообменник от системы отопления. Вода при нагреве расширяется, и повышенное давление может вызвать взрыв.
3. Не подавать холодную воду в разогретый теплообменник. Температурные деформации могут привести к его повреждению.
4. Для повышения эффективности отопительной системы можно использовать циркуляционный насос.
5. При необходимости в контуре печи с водяным отоплением использовать антифризы.
6. В самой нижней точке отопительной системы должен быть устроен кран для слива воды.

Чтобы отопительная система функционировала бесперебойно, соблюдайте правила эксплуатации

Основные недостатки печи для дома с водяным отоплением

Основные недостатки водяной системы отопления связаны с физическими свойствами теплоносителя, то есть воды. Замерзая при 0°С, вода (точнее, уже лёд) достигает максимального объёма при -4°С. Расширение замёрзшей в трубах воды может привести к их разрыву. Во избежание этого необходимо сливать воду из отопительной системы, если она не эксплуатируется в холодное время года, или заменять на специальный антифриз.

Статья по теме:

Соблюдение правил эксплуатации печи в доме, фото- и видеоинструкции помогут избежать ошибок и подскажут оптимальные способы нейтрализации недостатков.

Об установке современной кирпичной печи лучше подумать еще на стадии проектирования дома, так как она предполагает обустройство дымохода и воздуховодов

Современная кирпичная печь с водяным контуром для отопления дома – это сложная инженерная теплотехническая конструкция. Её установка требует разработки отдельного проекта ещё на стадии замысла всего строения в целом и, скорее всего, не обойдётся без привлечения специалистов.