Печи с водяным контуром и теном для отопления частного дома

В прошлом веке частные одноэтажные жилища зачастую обогревались дровяной печкой, совмещенной с регистрами (батареями) и самотечной системой. Внутри отопителя ставился железный бак – котел с водой, нагреваемой пламенем топки. Данная схема сохраняет привлекательность благодаря энергонезависимости и нетребовательности к качеству твердого топлива. Наша задача – помочь хозяину выбрать печь для дома с водяным отоплением, рассказать о трудностях подключения и эксплуатации.

Разновидности печей с водяным контуром

Для реализации печного обогрева, совмещенного с радиаторной системой, подойдут следующие источники тепла:

• металлические – стальные и чугунные буржуйки со встроенным змеевиком под нагрев теплоносителя;
• каминные топки с теплообменником – водяной рубашкой;
• отопительные и варочные печи из кирпича со встроенным котлом.

Примечание. Буржуйки для бань, оборудованные баком либо водяным контуром, конструктивно похожи на перечисленные агрегаты. Приспособить банную печку для нужд парового отопления теоретически возможно, но чересчур хлопотно и неудобно с точки зрения эксплуатации.

Наполненные водой трубы проходят над пламенем и получают максимум тепла

Сюда же стоит причислить альтернативный вариант — стальные отопители на дровах, изготовленные своими руками. Подобные изделия заслуживают внимания, поскольку не уступают заводским по надежности и теплоотдаче, зато обходятся гораздо дешевле. Внешний вид буржуйки не всегда играет важную роль.

Предлагаем рассмотреть печки каждой группы отдельно, заостряя внимание на недостатках и достоинствах, важных для домовладельца.

Недостатки металлических буржуек

В дровяных печах заводского изготовления теплоноситель подогревается тремя способами:

1. В верхней зоне топливника либо рядом с выходом дымовых газов установлен водотрубный теплообменник.
2. Одна из стенок камеры сгорания (верхняя или боковая) контактирует с водяной прослойкой, напоминающей рубашку твердотопливного котла.
3. Несколько труб с теплоносителем огибают полукруглые стенки топливника. Снизу и сверху концы сварены в общие коллекторы, как показано на чертеже.

Модификация конвективного обогревателя «Бренеран» (аналог хорошо известного «Булерьяна») с водотрубным теплообменником

Справка. Пример изделия с частичной водяной рубашкой — печь для отопления дома «Термофор Гидравлик», с боковыми трубами – переделанные конвекционные отопители «Бренеран – Акватэн».

Производители зачастую снабжают печки дополнительным нагревателем – ТЭНом мощностью 1…15 кВт. Цель – поддержать температуру теплоносителя и воздуха в частном доме после выгорания порции твердого топлива. Некоторые модели оборудованы варочной панелью на 1—2 конфорки.

Реальное преимущество металлических отопительных агрегатов – низкая стоимость изделия и быстрота монтажа по сравнению с кладкой кирпичной печи. Пример: цена отопителя «Бренеран – Акватэн» мощностью 3.5 кВт — приблизительно 270 у. е. (без дымохода). При монтаже буржуйки своими руками вы потратите еще 50—100 у. е. на материалы, используемые для установки и обвязки.

Серия отопителей «Гидравлик» известного бренда «Термофор» оснащается водяной рубашкой и трубами, опоясывающими топку

Замечание. Стоимость дымоходной трубы, необходимой для любой печки, не учитывается. Цена сильно зависит от высоты подъема, конструкции канала и схемы прокладки.

Теперь разберемся с недостатками:

• что бы ни утверждали производители и продавцы, максимальный КПД воздушно-водяных печей на дровах и угле составляет 60%;
• агрегат одинаково быстро нагревается и остывает;
• теплообменника обычно хватает на обогрев 2—3 небольших комнат (по 1 радиатору в каждой);
• водяному контуру жизненно необходима система циркуляции.

Непросто сохранять чистоту и красоту возле печки, служащей основным источником тепла в доме

Разъясним последний пункт. Если течение воды через змеевик прекратится, элемент перегреется. Сначала теплоноситель закипит, потом испарится и разорвет ближайшее слабое соединение. Позже теплообменник прогорит и окончательно выйдет из строя.

Справедливости ради упомянем вопрос эстетики. Постоянно используя буржуйку для отопления жилища, вы не получите красивой картинки, которую любят показывать производители на фото. Печка довольно быстро загрязнится, в помещении появится древесная и угольная пыль.

Каминные топки — плюсы и минусы

Прямоугольная печь с водяным контуром, изготовленная в виде камина, конструктивно гораздо ближе к ТТ-котлу. Боковые стенки топливной камеры омываются теплоносителем, лицевая и верхняя часть подогревает воздух помещения. Днище получает мало теплоты, поэтому в расчет не принимается.

Позитивные стороны каминных топок, оснащенных теплообменной рубашкой:

• эффективность сжигания топлива – до 70%;
• приемлемая стоимость (сравнительно с кирпичными сооружениями);
• простой и быстрый монтаж;
• печь – камин, оборудованный прозрачной дверцей, отлично впишется в интерьер жилой комнаты.

Справка. Каминная водяная топка «Термофор Аквариус» с теплоотдачей 12 кВт обойдется в 530 у. е. Дополнительные затраты оценить сложно – их величина зависит от способа декоративного оформления камина. Бюджетный вариант: помещаете отопитель на прочное основание, подключаете к радиаторной сети, а отделку выполняете самостоятельно либо откладываете на потом.

Котловой бак опоясывает камеру сгорания по бокам и частично — сверху

Минусы металлических топок сходны с недостатками печей:

• камин быстро разогревается и охлаждается, нуждается в непрерывной циркуляции теплоносителя;
• обеспечивает теплом ограниченное число батарей;
• из-за перепада температур на внутренних стенках образуется конденсат и откладывается сажевый налет;
• полное сходство с натуральным камином достигается за счет оформления – декоративной кирпичной кладки либо гипсокартонной обшивки.

Используя каминную топку в качестве основного источника тепловой энергии, не рассчитывайте на длительное горение с 1 закладки. Пример: полезный объем камеры сгорания вышеупомянутого «Аквариуса» — всего 62 литра, но полностью забить топливник дровами не получится. Придется подкидывать поленья каждые 3—4 часа.

Со временем стенки топливника покрываются сажевым налетом, а панорамное стекло – копотью

Примечание. Большинство стальных печей страдает аналогичным недостатком – в режиме интенсивного горения только успевай подбрасывать дровишки.

Сильные и слабые стороны кирпичных отопителей

Теплообменники устанавливаются внутрь печки двумя способами – в топливнике либо газоходе, на пути раскаленных продуктов горения. Каждый вариант отличается своими нюансами:

• котел в камере сгорания быстро прогревается под воздействием пламени, но образует конденсат и сажу на стенках;
• в случае закипания и образования пара бак может разорваться прямо в топливнике;
• теплообменник внутри дымооборотов гораздо безопаснее, но греется медленнее, поскольку снимает меньше тепла.

Справка. Змеевик, помещенный в газоход, должен иметь вдвое большую теплообменную площадь, нежели сравнимый по мощности котел в топке.

Расположение водяного контура внутри камеры сжигания (слева) и дымоходных каналах (справа)

Главный недостаток любого кирпичного отопителя – высокая стоимость материалов и кладочных работ. Предположим, вы решите сэкономить и сложить печку самостоятельно. Здесь потребуется опыт, время и техническая возможность — начинать строительство посреди обжитого дома непросто. Оптимальный вариант – закладывать фундамент и печь на этапе возведения стен.

За что же ценятся каменные печки со встроенным теплообменником:

• срок службы несравнимо больше любого теплогенератора – минимум 50 лет;
• способность накапливать тепло, долго обогревать смежные помещения после затухания;
• максимальный КПД – 70…75%;
• в натопленной печи хорошо выгорает сажа, образующаяся на стенках бака и в дымоходе;
• определенные печные сооружения – канальная «голландка», «шведка», колпаковая конструкция Кузнецова – могут спокойно отапливать двухэтажный дом.

Интересный факт. Секцию водонагревателя можно добавить в любое сооружение из кирпича. Толковый мастер – печник знает, как изменить схему и порядовки для внедрения теплообменного регистра.

Советы по выбору печи

Рекомендация номер один: для нагрева теплоносителя в сети водяного отопления используйте твердотопливный котел. Если необходимо, купите модель длительного горения с объемом загрузочной камеры более 100 литров. Современные ТТ-котлы направляют 75—80% энергии сжигания на разогрев воды и почти не поднимают температуру окружающего воздуха.

Если в силу разных причин вы хотите ставить печь с теплообменником, прислушайтесь к следующим советам:

1. Чугунная или стальная буржуйка хорошо подойдет для небольшой дачи площадью 40—80 м². Отопителя хватит на конвекционный обогрев центральной комнаты, в соседних помещениях расположите батареи.
2. Каминная топка либо железная печка, оснащенная панорамным стеклом, станет удачным украшением гостиной. Одно условие: применяйте изделие в качестве дополнительного источника тепла, а основную нагрузку возложите на газовый либо дровяной теплогенератор. Тогда удастся сохранить чистоту и порядок возле буржуйки.

Пример схемы совместного подключения камина, газового двухконтурного котла и радиаторного отопления

Важный момент. Все дровяные отопители, оборудованные водным контуром, объединяет одна особенность: из-за интенсивного отбора теплоты поверхности регистра и стенки дымохода обильно покрываются сажей. Единственный выход – топить печку на максимуме, дабы сажевый налет выгорал от высокой температуры. Поддерживать такой режим не всегда удобно.

Как подобрать конструкцию и рассчитать площадь теплообменника в кирпичном варианте печи:

1. Если регистр находится внутри топливника, 1 м² его площади способен передать воде до 10 кВт теплоты. Пример: нужно обогреть помещения 80 квадратов – потребуется около 8 кВт энергии и поверхность теплообмена 0.8 м².
2. Змеевик в дымоходном канале не столь эффективен. Рассчитывайте на теплоотдачу 400—500 Вт с 1 м² регистра.
3. Для удобства чистки котел лучше сделать плоским – в виде бака с подводящими патрубками. Ребристые конструкции из круглых трубопроводов обслуживать непросто. Для монтажа внутри газохода сварите регистр из профильных труб.
4. Материал теплообменника – низкоуглеродистая сталь марки Ст10…Ст20 толщиной 4—5 мм. Допускается применять жаростойкую и нержавеющую сталь 2—4 мм, но ее нужно варить в среде инертного газа — аргона.
5. Использовать готовые чугунные батареи категорически не рекомендуется. Причины: металл дает трещины от температурного шока, а уплотнение между секциями со временем выгорит, появится течь.

Совет. Не завышайте теплообменную площадь контура «про запас». Тело печи получит гораздо меньше теплоты, а вода в регистре начнет перегреваться и закипать. Не рискуйте и не закладывайте в дымоход трубы из гофрированной нержавейки – ее реальную площадь определить сложно.

Домашние умельцы постоянно выдвигают различные идеи по усовершенствованию отопителей. Заслуживает внимания вариант со стальными плоскими батареями, применяемыми в качестве печных водонагревателей. Обзор мастера смотрите на видео:

Схемы подключения теплообменника

В рамках данной публикации мы не станем описывать варианты изготовления печек, а сразу перейдем к обвязке. Если вы желаете самостоятельно сделать водонагревательную печь, рекомендуем ознакомиться с отдельными руководствами:

• самодельный обогреватель для гаража на твердом топливе и отработке;
• инструкция по каминной и печной кладке;
• схема и порядовка варочной плиты с водяным котлом.

Если вы приобрели заводскую печь с теплообменником, внимательно изучите прилагаемую инструкцию. В документации всегда указаны диаметры патрубков и способы соединения водяного контура с отопительными приборами. Обычно применяется 2 схемы:

1. Открытая система с гравитационным (конвективным) течением теплоносителя.
2. Радиаторная сеть закрытого типа с принудительным движением воды от насоса.

Использовать в данной схеме циркуляционный насос не обязательно, но принудительное движение воды заметно ускоряет прогрев

Примечание. В самотечных схемах нередко используются циркуляционные насосы, установленные на байпасе. Цель – уменьшить перепад температур между подачей и обраткой, повысив скорость теплоносителя и эффективность нагрева. При отсутствии электроэнергии система продолжит работу в гравитационном режиме.

Самотек организуется за счет увеличения диаметров магистралей и уклонов горизонтальных участков. Минимальное сечение разводящего коллектора при гравитационной схеме – 32 мм (дюйм с четвертью), величина наклона – 3…5 мм на 1 погонный метр. Открытый расширительный бак стоит в верхней точке, туда уходит весь воздух, попадающий в систему.

Верхняя разводка подающей линии изображена чисто условно. Трубопроводы закрытой системы можно прокладывать над полом и другими удобными способами

При закрытой схеме, показанной выше на рисунке, теплоноситель находится под давлением (минимум 1 Бар «на холодную») и движется под напором насоса. Мембранный расширительный бачок располагается в нижней точке и подключается к обратной магистрали через отсекающий кран. Обязателен монтаж группы безопасности с воздухоотводчиком, манометром и сбросным клапаном.

Совет по выбору схемы. Покупая печку вместо высокотехнологичного котла, домовладелец, очевидно, рассчитывает на автономную работу отопления. Отсюда вывод: для совместной работы с водогрейной печью лучше всего подойдет самотечная схема. После отключения света циркуляция в контуре не прекратится и теплообменник не прогорит.

Пример гравитационной схемы, работающей от кирпичной стационарной печки

Заключение

Вариант объединения водяных отопительных систем с печами нельзя назвать идеальным. Более того, мы настоятельно рекомендуем избегать подобных схем и устанавливать нормальные котлы. Исключение – особые обстоятельства и условия проживания, например, перебои с электроэнергией либо покупка готового дома с дровяной печкой, куда уже встроен водогрейный бак.

Печь с водяным контуром для отопления дома можно приобрести готовую (в магазинах представлен ряд моделей), но при желании ее легко сделать своими руками из чугуна, стали или кирпича. Если бюджет не ограничен, то лучше купить готовое изделие.

Печь стоит дешевле котла. Этот агрегат, имеющий аналогичную тепловую мощность, стоит минимум в 3 раза дороже. Для отопления можно использовать уголь или дрова. Устанавливать такую печь имеет смысл только в том случае, если есть доступ к дешевому топливу.

Необходимо учитывать, что каждая конструкция обладает своими техническими особенностями. Большое значение имеет площадь дома. От этого зависит мощность установки. Имеет значение и площадь места, которое планируется выделить для установки прибора отопления.

Выбирая готовую конструкцию, следует обращать внимание на то, как расположены элементы контура. Имеет значение и массивность печи. Под тяжелые конструкции необходимо сделать дополнительное основание. На стоимость отопительных приборов влияет функционал и дизайнерское оформление.

Принцип работы

Печь с водяным отоплением отличается от стандартной. Она не только нагревает воздух вокруг себя. К ней подводят трубы, по ним тепло поступает от отопительного прибора к комнатам.

Трубы контура подключают к котлу, его встраивают в печь. Кроме того, он может быть подключен к регистру. Теплоноситель, проходя через регистр, нагревается. После этого он поступает в трубы и радиаторы отопления. Проходя через контур, отдает тепло и остывает. В таком виде он снова попадает в теплообменник, где опять нагревается. Процесс повторяется.

Для того чтобы теплоноситель проходил по всем трубам, циркуляция в системе должна быть стабильной. Это достигается при помощи насоса, который встраивается в контур.

Систему отопления нужно оборудовать расширительным бачком. Если контур герметичен, то система называется закрытой, в этом случае бачок можно установить в любом месте. Если же система отопления открытая, то бачок следует поместить в самую высокую точку контура. Например, в частном доме его удобно разместить на чердаке. Устройство простое, но без него не обойтись.

Когда теплоноситель нагревается, он расширяется. Поэтому при выборе бачка следует покупать такую емкость, которая бы имела необходимый объем. В продаже есть бачки разной конструкции. При их выборе следует учитывать систему отопления, а также количество теплоносителя, который будет циркулировать по контуру.

Если в доме для обогрева планируется сделать систему закрытого типа, необходимо оснастить ее комплектом приборов, позволяющим безопасную эксплуатацию. Для контроля давления используют предохранительный клапан. Для удаления воздушных пробок в трубах требуется автоматический воздухоотводчик. Кроме того, следует приобрести манометр.

Достоинства и недостатки отопления от печи

Печи с водяным контуром легко сделать самостоятельно, но можно приобрести в магазине уже готовые приборы отопления. Модели характеризуются следующими достоинствами:

1. Печи с водяным контуром не нужно подключать к электросетям. Они не используют газ в качестве топлива. Приборы работают на угле, торфе и дровах, которые относятся к возобновляемым видам топлива.
2. Печное водяное отопление полностью автономно, при этом его можно совмещать с другими системами.
3. Регулировка осуществляется ручной заслонкой.
4. Стенки печи массивные, они передают тепло, нагревая воздух и окружающие предметы. Помещение отапливается равномерно за счет использования теплоносителя. Он проходит по трубам, нагревая их и радиаторы.
5. Отопление частного дома не потребует больших расходов. Уголь, торф и древесина доступны всем.
6. Печи не только отапливают помещение, их используют для приготовления пищи и нагрева воды.
7. Приборы, передняя часть которых закрыта стеклом, позволяют созерцать открытое пламя. Камины создают в домах комфортную атмосферу.
8. Конструкция печи массивная, в холодное время года она накапливает большое количество тепловой энергии. Остывание печи происходит постепенно, поэтому она еще долго время нагревает помещение после того, как прогорит топливо. Летом процессы протекают противоположным образом. Если печь в деревянном доме построена на отдельном фундаменте, в теплый сезон она выводит излишек тепла в землю, работая в качестве кондиционера.
9. Природное топливо, на котором работает печь, умеренно загрязняет окружающую среду.
10. В качестве теплоносителя используется вода. Она имеет объемную теплоемкость, что позволяет передавать тепло на большие расстояния. Вода имеет доступную стоимость. Она не горит, не токсична.

Но печи с водяным контуром имеют и недостатки. За ними необходимо постоянно наблюдать, вовремя закладывать дрова и регулировать тягу. Следует чистить дымоход и выносить золу.

Мощная кирпичная печь имеет большие размеры, поэтому ее ставят на прочное основание. Она занимает полезную площадь комнаты, из-за этого большие конструкции устанавливают в просторных помещениях. Такая печь имеет низкий КПД.

При установке печи нужно сооружать дымоход. Тяга должна быть сильной, тогда топливо интенсивно горит, а дым быстро выводится наружу. Трубу изолируют от деревянных элементов кровли и перекрытий. Установив в доме печь, необходимо поддерживать запас топлива, вовремя утилизировать золу и шлак. Это добавляет работы хозяевам частного дома.

Главным недостатком водяного отопления можно назвать то, что вода быстро замерзает. Превращаясь в лед, она расширяется, повреждая приборы. Соединяясь с воздухом, она способствует появлению коррозии на металлических элементах системы отопления. Если вода жесткая, внутри радиаторов и труб образуется накипь.

Конструкция печей с водяным отоплением

Перед приобретением или самостоятельным строительством необходимо выбрать водяной контур для печи.

Камины и печи, предназначенные для водяного отопления, делают из кирпича и металла. Есть разные конструкции, поэтому теплообменник и корпус печи устанавливают по-разному, но теплообменник всегда располагается около топки и внутри нее.

Система отопления должна быть эффективной. Открытый огонь хорошо прогревает стены печи, передавая тепло теплоносителю. В системе с естественной циркуляцией перемещение теплоносителя по трубам осуществляется либо естественным образом, либо при помощи водяного насоса, который встроен в контур.

В первом случае циркуляция осуществляется за счет того, что остывшая жидкость отличается от горячей своей плотностью. Во втором случае циркуляция зависит от работы насоса, поэтому важно выбирать прибор с учетом площади помещения.

Внутри кирпичной печи будет работать водяная рубашка — это разновидность теплообменников, которые продаются в магазинах в готовом виде. Если говорить о внешнем виде теплообменников, то они различаются по размеру и форме. Чаще всего их делают в виде небольшого котла, регистра или змеевика. Для изготовления этих элементов используют стальные листы или трубы, толщина стенок которых варьируется от 3 до 5 мм.

Если теплообменник изготовлен качественно, он быстро нагревает воду до высокой температуры. В результате этого теплоноситель равномерно, с одинаковой скоростью циркулирует в системе.

Жидкость должна постоянно течь по трубам. Если планируется делать теплообменник своими руками, нужно тщательно продумать его конструкцию. Чаще всего его создают в виде короба. Такую конструкцию легко очистить от нагара, из каналов можно быстро убрать внутренние нарастания.

Теплообменники устанавливают разными способами. Например, в изделиях, имеющих форму котла, внутренняя камера выполняет роль встраиваемой топки. Регистры делают в топке либо встраивают в ее поверхность. Также регистры часто монтируют сверху топочной камеры либо располагают по ее задней стенке.

Если установить теплообменник в топке, он быстро нагреется от открытого огня. В системах, отделенных от пламени стенкой, он будет нагреваться медленнее. Выбирая вариант установки, следует учесть, что при соприкосновении теплообменника с открытым пламенем уменьшается его срок службы. Но такие системы эффективны. Это объясняется тем, что огонь равномерно прогревает стенки котла, а металл быстро передает тепло в воде.

Конструкция предусматривает разные варианты установки труб. Их врезают в стенки из кирпича, подводят к дну топки или ее потолку.

Кирпич, используемый в строительстве, подготавливают заранее. В нем вырезают отверстия, учитывая форму труб, затем в них утапливают теплообменник. Для увеличения скорости кладки печи кирпичи нумеруют.

Теплообменник можно сделать и другим способом. Речь идет о регистре, который имеет форму решетки. Он состоит из труб, установленных вертикально. Для их соединения используется сварка. Теплоноситель входит в теплообменник и удаляется из него, в местах входа и выхода следует установить патрубки. Для самостоятельного строительства печи понадобится схема. Регистр имеет компактный размер. Чаще всего его размещают у задней стенки топки. Комната обогревается не только за счет циркуляции теплоносителя, но и в результате нагрева помещения от стенок печи.

Хорошим вариантом станет радиатор из чугуна, его можно использовать в качестве теплообменника. Но нужно учесть, что его нельзя размещать там, где будет воздействовать открытое пламя. Дело в том, что радиатор состоит из нескольких секций. Они не сварены между собой, а скручены. Между элементами проложены специальные прокладки. Соприкасаясь с открытым огнем, они сгорают, что может привести к аварии.

Чугунный радиатор эффективен. Он долго сохраняет тепло и отличается длительным сроком службы.

Виды печей для водяного обогрева

Все печи, предназначенные для водяного обогрева помещения, можно разделить следующим образом:

• по материалу, из которого они сделаны;
• по способу изготовления;
• по тому, как сжигается топливо.

Если говорить о материале изготовления, то водяная печь с естественной циркуляцией может быть кирпичной и металлической. Производители чаще всего делают металлические печи из чугуна, но может быть использована и сталь. В продаже есть установки, выполненные из нескольких металлов. В частном доме можно установить металлическую печь или сделать камин из кирпича.

В магазинах представлены модели, топочные дверцы которых выполнены из жаропрочного стекла. Производители часто заменяют его стеклокерамикой. Модели имеют эффектный внешний вид, они прочные и отличаются длительным сроком службы. Среди недостатков можно назвать высокую стоимость изделий.

Хорошо зарекомендовали себя конструкции из чугуна. Они надежные, материал не подвергается окислительным процессам, не боится высокой температуры. Производители дополнительно обрамляют теплообменники жаропрочной сталью.

Для отопления частного дома можно приобрести котел на твердом топливе. По способу изготовления печь с водяным контуром может быть промышленной и самодельной.

Кирпичные печи отличаются тем, что нагревается не только теплоноситель. Тепло передается от стенок топки и дымовых каналов.

По способу сжигания топлива печи могут быть стандартными, пиролизными, работающими на газе. В установках первого типа твердое топливо горит длительное время. В частных домах может быть установлена дровяная печь, но ее КПД невысокий. Пиролизные печи и те, которые используют газ, обеспечивают медленное горение топлива. Оно протекает при недостатке кислорода, температура в печи будет высокой. КПД таких установок выше, чем в других системах. Например, древесина в таких печах горит медленно. Сжигание древесного газа происходит в другом отсеке, отдельно от дров.

Критерии выбора печи с водяным контуром

Выбирая готовое изделие или планируя построить печь с водяной рубашкой своими руками, необходимо обращать внимание на мощность установки. Чем больше площадь помещения, тем мощность должна быть выше. Следует учитывать отдачу теплообменника.

Массивность установки оказывает влияние на выбор основания: если печь для обогрева дома имеет большой вес, оно должно быть прочным.

Важно рассчитать и объем теплоносителя. При самостоятельном строительстве следует выбрать конструкцию дымового канала, рассчитав его диаметр.

Расчет мощности и размеров теплообменника

Отопление дома от печи с водяным контуром эффективно. Теплоемкость установки зависит от габаритов топки. Если в нее помещается много топлива, то мощность будет высокой. Это приводит к увеличению теплоотдачи.

В паспорте топки компании указывают максимальную мощность установки и минимальную. Важна номинальная, ее определяет производитель печи.

Требуемую мощность печи можно определить без специалистов. Для этого следует узнать площадь дома. Если высота потолка не превышает 3 м, на обогрев 10 м² будет потрачен 1 кВт. Печка должна быть выбрана с учетом этих показателей.

Как сделать водяной контур для печи своими руками

Решив самостоятельно сделать печь с водяным контуром, следует подготовить чертеж. Для изготовления стенок, которые будут соприкасаться с пламенем, нужно взять листы стали. Лучше всего использовать материал, минимальная толщина которого составляет 5 мм. На наружные стенки воздействует меньшая тепловая нагрузка, поэтому их делают из стали толщиной 3 мм.

Для того чтобы из топливника выходил газ, следует сделать щель. Обратку (выход) и подачу делают из стальной трубы диаметром 40 мм. Подачу вваривают в верхней точке теплообменника, а обратку размещают в нижней. Подключить трубы можно и самостоятельно, но эту работу проще поручить специалисту.

Печь из кирпича можно сделать за неделю. Первый ряд делают сплошным, основание зольной камеры формируют на втором ряду. Здесь будет установлена дверца. Топливник формируют с четвертого ряда. Следует помнить о том, что для монтажа колосников нужно сделать резы в кирпичах.

Теплообменник устанавливают на дно топливника. Дверца топки перекрывается в восьмом ряду. Чугунную плиту устанавливают, когда выкладывают одиннадцатый ряд.

Возможность любоваться живым огнем в очаге — одна из причин, по которой камины с открытой топкой так популярны у владельцев загородных домов. Однако, эффективность традиционного камина как отопительного прибора невысока — их КПД не превышает 50%, а большая часть тепла улетает в трубу. Поэтому на смену кирпичным каминам приходят металлические печи-камины, которые можно подключить к водяному контуру отопления.

Преимущества печей-каминов

Печи-камины совмещают положительные качества этих отопительных приборов, при этом они лишены присущих им недостатков. В чем основные отличия традиционной печи от камина?

1. Печь нагревается долго, но способна накапливать тепло и длительно излучать лучистую энергию от стенок печи в окружающее пространство. Тепло от камина сразу распространяется по комнате, в которой он установлен, но после прекращения топки он быстро остывает, и температура в доме снижается.
2. Топка отопительной печи обычно выполняется с глухой дверцей небольшого размера, это снижает вероятность задымления и способствует улучшению тяги. Топка камина — открытая, занимает около половины площади его фасада. При неправильно сложенном дымоходе или плохих погодных условиях возможна обратная тяга и попадание дыма в комнату, что приводит к неприятному запаху, осаждению копоти и сажи на предметах обихода.
3. Система дымоотведения печи имеет сложную конструкцию: дым в них проходит по многочисленным каналам, отдавая большую часть тепла телу печи. Из трубы он выходит практически остывшим. Дымоход в камине практически прямой, дым задерживается только под сводом, поэтому его температура на выходе значительно выше, а съём тепла — хуже.
4. КПД отопительных печей в среднем составляет 60-80%, у каминов — не более 50%.
5. Печь не слишком декоративна, и придать ей эстетичный вид можно только с помощью отделки. Камин даже сам по себе — украшение интерьера, а языки пламени украшают его еще больше.

В моделях промышленного производства учтены все особенности этих отопительных приборов, устранены наиболее существенные недостатки и подчеркнуты достоинства. В результате современные печи-камины обладают целым рядом достоинств:

• высокий КПД — до 80%, а при подключении отопительного водяного контура — до 92%;
• герметичная топка с большим стеклом, позволяющим наблюдать за пламенем, но не допускающим попадания дыма в комнату;
• дымовые каналы с дымооборотом и теплообменником, что улучшает съём тепла и передачу его в помещение;
• эстетичный внешний вид, есть модели, декорированные керамическими панелями или металлической ковкой;
• небольшой вес — их можно устанавливать даже на деревянные полы, положенные по лагам, без возведения фундамента;
• малые габариты при большой мощности — печи-камины не отнимают пространство, что очень важно для небольших домов;
• возможность подключения водяного контура позволяет отапливать все помещения дома и длительно сохранять тепло, а также избежать суточных колебаний температуры;
• невысокая цена по сравнению со стоимостью материалов и работ по возведению кирпичных печей или каминов;
• простая и быстрая установка, которую можно выполнить самостоятельно.

Кроме того, современные печи-камины могут обладать рядом других полезных функций:

• варочной поверхностью;
• системой очистки стекла, не допускающей его потемнения, а также весьма популярным у потребителей режимом длительного горения.

Отзывы владельцев таких печей однозначны: печи могут длительно и эффективно отапливать жилой дом, не доставляя хозяевам проблем и хлопот.

Обзор популярных моделей

На рынке представлено множество моделей печей и каминов от разных производителей, и покупателю, задумавшему купить их, легко запутаться в характеристиках и описаниях этих приборов. Ниже приведен обзор наиболее популярных, по отзывам российского потребителя, моделей.

Печи-камины АКВА

Линейка печей-каминов с водяным контуром от компании МЕТА представлена моделями Ангара, Печора, Варта, отличающимися тепловой мощностью, формой и внешним видом, а также способом установки.

Ангара АКВА с водяным контуром обладает следующими характеристиками:

• отопительная мощность, излучаемая печью при топке — 13-16 кВт;
• отопительная мощность подключаемой системы отопления — 5-7 кВт;
• стальной теплообменник;
• пристенное исполнение;
• боковые стенки облицованы керамикой;
• панорамное жаропрочное стекло;
• выходной диаметр дымового патрубка — 150 мм.

Печора АКВА отличается от Анкары формой корпуса — он выполнен в форме сжатой призмы. Мощность печи 13 кВт, системы отопления — до 5 кВт.

Варта АКВА дополнительно укомплектована варочной поверхностью, закрывающейся крышкой. Мощность 13/5 кВт, топка футерована шамотом. Дверца прямая, оснащена стеклом и теплоизолированными ручками, стойкими к нагреванию.

Особенность печей-каминов АКВА с водяным контуром от компании МЕТА — возможность подключения только к системам с принудительной циркуляцией.

Печи-камины Бавария

Печки Бавария, получившие признание у российского потребителя, выпускаются как в пристенном, так и в угловом исполнении, а также могут быть укомплектованы плитой для приготовления и разогрева пищи.

Экокамин Бавария в пристенном исполнении с тепловой мощностью 12 кВт оснащен теплообменником на 6 кВт, который может быть подключен к системе с любым типом циркуляции. Схема подключения приведена на рисунке.

Угловая модель камина Бавария отличается только формой и тепловой мощностью (11кВт/5 кВт), остальные характеристики у них схожие.

Достоинства печей Бавария:

• топка из жаропрочной стали 6 мм, футерованная шамотом;
• чугунные жаропрочные колосники;
• жаропрочное панорамное стекло дверцы с системой самоочистки;
• доступен режим длительного горения;
• дымовой патрубок расположен сзади, что позволяет использовать печки Бавария с дымоходами любого типа;
• боковые поверхности всех моделей Бавария облицованы изразцовой плиткой в разном цветовом исполнении;
• печки оснащены варочной поверхностью, что делает их универсальными;
• простая конструкция и подробное руководство позволяют купить и установить эти модели своими руками.

Отзывы потребителя от каминах Бавария говорят об их удобстве и эффективности как при использовании для постоянной топки, так и для периодического обогрева дачных домов.

Особенности выбора, установки и эксплуатации печей-каминов

Чтобы отопление дома было эффективным и безопасным, при покупке, монтаже и использовании промышленных печек с эффектом камина нужно учесть некоторые нюансы:

• подбор мощности;
• материал корпуса и теплообменника;
• условия безопасной установки;
• правила подключения к системе отопления;
• требования к обустройству дымохода;
• выбор дров и других видов топлива;
• правильная топка, чистка и обслуживание своими руками.

Также следует соблюдать рекомендации производителя, указанные в документации на печь. Только в этом случае эксплуатация печи будет безопасной, а срок службы — длительным.

Выбор мощности печи

Самый важный параметр, который обязательно нужно учесть, прежде чем купить определенную модель — тепловая мощность отопительного агрегата. Она измеряется в киловаттах, и принято считать, что 1 кВт мощности печи способен обогреть 10 м² площади дома.

Однако стоит учесть, что производитель тестирует печь в условиях, близких к идеальным, а при использовании недостаточно просушенных дров ее мощность может снизиться на треть. Поэтому, для использования печи с отопительным контуром в качестве единственного источника обогрева лучше купить модель с небольшим запасом мощности.

Сталь или чугун?

Отопительные печи-камины бывают стальные и чугунные. Стальные печи дешевле, легче, но более подвержены коррозии. Модели, сделанные целиком из чугуна, обладают повышенной долговечностью, стойкостью к коррозии, но при этом они значительно тяжелее, боятся резких перепадов температуры, от чего могут треснуть.

Лучший вариант — комбинированные модели, в которых корпус и незначительно нагревающиеся элементы выполнены из стали, а элементы топки, колосники и дверцы, подвергающиеся сильному перегреву, сделаны из кованого чугуна. Они не боятся длительного воздействия высоких температур и подходят для постоянного использования, а при периодической топке образующийся в трубах конденсат не вызывает их коррозии.

Установка печи-камина

Из-за небольшого веса промышленные модели не предъявляют особых требований к подготовке пола, им не нужен отдельный фундамент. Единственное требование — отделка деревянных полов негорючими материалами: листовым железом, керамической плиткой или огнестойкими типами покрытия, что можно сделать своими руками при минимуме затрат.

Видео: установка печи-камина Бавария

Подключение к системе отопления

Большинство печей-каминов промышленного производства могут эксплуатироваться как с подключенным водяным контуром, так и без него. При этом срок их службы существенно не отличается.

Если печь-камин подключена к водяному контуру, ни в коем случае нельзя ее эксплуатировать при слитом теплоносителе! Это приведет к выходу из строя теплообменника и самой системы!
Печи с водяным контуром допускается использовать в системах как с естественной циркуляцией (гравитационной), так и принудительной (с использованием насоса). При этом схемы подключения к системе отопления не отличаются от традиционных.

Особенности подключения печи своими руками к гравитационной системе отопления:

1. Сразу после выхода из теплообменника выполняют разгонный коллектор, поднимающий теплоноситель в верхнюю точку системы.
2. В верхней точке устанавливают расширительный бак открытого или мембранного типа.
3. Для магистральной трубы необходим минимальный диаметр 32 мм, при меньшем сечении труб возрастает гидравлическое сопротивление системы, что ведет к ухудшению циркуляции.
4. Уклон магистральной трубы должен составлять не менее 5 см/1 м, в противном случае движение теплоносителя замедляется, температура в системе будет неравномерной, а отопление — неэффективным.
5. Отводы труб к радиаторам должны иметь диаметр 16-20 мм. Радиаторы врезают параллельно магистрали по нижней или диагональной схеме.

При использовании принудительной системы требований к ее монтажу значительно меньше:

1. Расширительный бак можно устанавливать в любом удобном месте, обычно его ставят на обратной трубе, после циркуляционного насоса.
2. Схема подключения радиаторов может быть любой.
3. Не обязательно выдерживать существенный уклон магистральной трубы.
4. С помощью автоматики можно выставить скорость движения теплоносителя, а также температуру обратки, что позволит избежать появления конденсата в топке.

Выбор теплоносителя — не менее важный шаг, который зависит от режима эксплуатации печи. Для домов с постоянным проживанием удобнее использовать очищенную воду — она дешевле, в закрытой системе отопления практически не вызывает коррозии, легко доливается из водопровода при необходимости.

Если дом используется периодически, использование воды в зимний период может привести к замерзанию системы. При этом вода расширяется и повреждает элементы системы: трубы, радиаторы, фитинги, что впоследствии приведет к протечкам.

В этом случае можно использовать специальные тосолы, либо установить параллельно печи электрокотел, работающий в режиме автоматического поддержания плюсовой температуры на уровне 5-10ºС.

Требования к дымоходу

Для безопасной эксплуатации печи-камины требуют неукоснительного соблюдения правил установки дымохода. Для этих отопительных приборов опытные печники советуют устанавливать дымоходы из керамики или нержавейки типа «сэндвич».

Керамические дымоходы представляют собой сборную конструкцию из готовых блоков различного назначения. Дымовой канал состоит из глазурованной керамики, исключающей завихрения дыма и осаждения твердого осадка. Он помещается в полый пенобетонный блок и изолируется базальтовыми матами, термостойкими при температурах до 1000ºС. Соединяют элементы на специальный клей (блоки) и герметик (керамика).

Металлические сэндвич-дымоходы имеют вид двух труб разного диаметра, вставленных одна в другую и изолированных базальтом. Внутренняя труба выполнена из нержавейки, внешняя может быть из оцинкованного железа. Блоки собирают с помощью жаропрочного герметика.

Особенности керамических дымоходов:

• длительный срок эксплуатации — не менее 25 лет;
• гладкая внутренняя поверхность практически не позволяет оседать саже;
• высокая противопожарная надежность и стойкость к прогоранию;
• большой вес, из-за чего требуется установка на отдельный фундамент;
• высокая цена.

Особенности дымоходов из нержавейки:

• быстро собирается своими руками;
• цена значительно ниже керамического;
• не требует установки на фундамент;
• при постоянном перегреве могут прогореть, поэтому необходима регулярная ревизия.

Видео: сравнение различных дымоходов

Выбор типа дымохода — вопрос предпочтений и финансовых возможностей, однако при его установке нужно соблюдать несколько обязательных условий.

1. Диаметр дымохода в идеале должен равняться диаметру выходного дымового отверстия, или патрубка. Заужать его нельзя! Можно расширить диаметр дымохода, но не более чем на 30%, при этом необходимо использовать специальные элементы дымохода.
2. Дымоход нужно оснастить шибером или задвижкой, перекрывающими поступление холодного воздуха в печь и регулирующими тягу.
3. Длина горизонтальных участков в совокупности не должна превышать 1 метра, в противном случае тяга будет значительно хуже.
4. Общая высота дымохода и дымовой трубы должна быть не менее указанной в паспорте на печь. Обычно это значение колеблется в пределах 5-8 метров.
5. Все проходы через стены и перекрытия выполняют с помощью специальных элементов, обеспечивающих их теплоизоляцию от сгораемых конструкций.
6. Необходимо оснастить дымоход чистками, обеспечивающими доступ в любую его часть, а также сборником конденсата.

Требования к топливу

Любая печь не будет выдавать указанную в паспорте эффективность, если топить ее влажными дровами или неподходящей древесиной. Оптимально применять в печах-каминах с отопительным контуром березовые дрова естественной сушки, пролежавшие в крытом дровеннике или под навесом не менее 18 месяцев, или брикеты промышленного производства с влажностью не более 20%.

Не желательно использовать дрова от деревьев хвойных пород — они выделяют много смол, засоряют дымоход и коптят стекло в топке. Использование угля в печах-каминах, как правило, не допускается.

Розжиг дров можно осуществлять с помощью бересты, щепы, бумаги или специальной жидкости. При розжиге шибер должен быть полностью открыт, а также обеспечен доступ свежего воздуха через поддувало.

Эксплуатация печи-камина

Требования к использованию печей с отопительным контуром довольно просты, и, если их соблюдать, отопительный агрегат будет эффективно служить на протяжении долгих лет.

1. Необходимо регулярно, не реже чем дважды в год, проводить ревизию системы дымоотведения, чистку от сажи и отложений топки, дымохода и трубы.
2. Золу из зольника и топки удаляют регулярно, по мере накопления.
3. Систему отопления на теплый период сливают только в том случае, если не планируется использовать печь. Для топки в летний период можно предусмотреть шунтирующий прямую и обратную трубу контур отопления, не нагревающий радиаторы.
4. Перед зимним пуском системы выполняют ревизию отопительных элементов: радиаторов, расширительного бака, насоса, фильтров, соединительных фитингов и вентилей. При необходимости осуществляют их прочистку, замену, ремонт.
5. Стекло печи-камина очищают по мере необходимости с использованием специальных жидкостей.

При правильном выборе мощности, установке и эксплуатации печь-камин с отопительным контуром будет эффективно обогревать дом в любые морозы и создаст в нем уют, согретый мерцающими в топке языками пламени.

Недостатка доступного твердого топлива в России нет и не предвидится. Печь с водяным контуром стоит много дешевле котла: цены на отечественные отопительные печи с водяным регистром начинаются от 16 000 руб; усредненная по моделям стоимость такой печи ок. 40 000 руб. Более-менее приличный котел на ту же тепловую мощность стоит втрое-впятеро дороже. Дрова в отдаленных регионах зачастую бесплатны – лесники только рады будут, если кто-то валежник уберет. Древесное топливо экологично: время роста дерева до пригодности в дело соответствует времени протекания естественных климатических циклов, а при сжигании дров выделяется ровно столько углекислого газа, сколько дерево его изъяло на построение себя. Если топить ископаемым топливом, то рассредоточенный по большой площади и растянутый во времени суммарный выброс парниковых газов от множества домовых печей природа «переваривает» много легче и быстрее, чем залповый от ТЭЦ той же мощности.

Построить кирпичную или изготовить металлическую печку дело довольно хитрое, но станочного парка и производственных условий не требующее. См. напр., видео проект кирпичной печи с контуром водяного отопления для частного дома:

Видео: пример проекта печи с водяным контуром для частного дома

Покупная печь относительно недорога, но доставка тяжелого и объемистого предмета в места отдаленные может обойтись больше его стоимости: за морем телушка полушка, да рубль перевоз. В таком разрезе вопрос: «А нельзя ли сделать печь с водяным контуром своими руками?» вполне правомерен. Но, к сожалению, конструкция печи сложилась в те времена, когда о водяном отоплении еще и не думали. Современные высокотехнологичные печи работают на тех же принципах, как и круизные лайнеры плавают точно так же, как триремы времен Архимеда. Построить или правильно выбрать для покупки печь с контуром водяного отопления возможно, но при этом нужно учесть ряд специфических моментов, о чем и написана эта статья.

Примечание: первый из этих моментов – эстетический. Не надейтесь, что печка, питающая батарею отопления, будет выглядеть так, как показано слева на рис.:

Бытовые печи с водяным контуром

В лучшем случае вы получите то, что в центре. А может быть, и то, что справа. Поэтому, если для вас печь еще и украшение дома, нужно трижды и трижды подумать – а поставить ли все-таки для отопления котел? Печь ему помехой отнюдь не будет, см. в конце.

О недостатках и достоинствах кирпича

Кирпичная печь – сложное тяжелое сооружение, требующее под себя отдельного фундамента и производства в доме капитальных строительных работ. Встроить водяной контур в кирпичную печь гораздо сложнее, чем в стальную, см. далее. Но в то же время:

• Кирпичная печь поддерживает в доме оптимальную влажность: поглощает избыток паров воды из прохладного воздуха и отдает их при нагреве во время топки.
• Она же устанавливает в помещении оптимальное для здоровья температурное поле: от стен к центру все теплее.
• Сокращает теплопотери дома: потоки нагретого печью воздуха создают перед окнами нисходящую тепловую завесу, много более эффективную, чем восходящая от регистров (батарей отопления) под окнами.
• Выравнивает микроклимат в доме: летом поглощает некоторую часть избыточного тепла и через фундамент отводит его в грунт. Зимой таким же образом немного подогревает дом.
• По причине в пред. пункте стабилизирует осадку здания, делает его более надежным, устойчивым и долговечным.

Примечание: в истории строительства известно немало случаев, когда крепкие дома, переведенные с печного на центральное отопление, после демонтажа печей начинали разрушаться.

В чем суть проблемы

Отопительный котел придуман именно для того, чтобы заменить печь как теплогенерирующий прибор в системах отопления (СО). Котел – устройство непрерывного действия требующее от пользователя, в идеале, только периодической догрузки топлива и сезонного ухода. Его принципиальное отличие от печи – автоматика, поддерживающая оптимальный для заданного режима работы режим горения. Автоматика не обязательно электронная; она может быть энергонезависимой комбинацией биметаллических пластинок, пружин и рычагов.

Печь – прибор периодического действия с ручным управлением, потому она и дешевле. Дело не в коробочке с автоматикой. Дело в самих основах подхода к конструированию и производству. Конкретно – в способах организации полного сжигания топлива. Если продолжить судостроительную аналогию, то котел уже не водоизмещающее судно, а глиссер. Который тоже может плавать, как пароход, но полностью свои качества покажет, только выйдя на реданы. Однако для глиссирования нужна относительно спокойная вода; правильно построенная и налаженная СО, образно говоря, для котла таковой и является. Печь (продолжая ту же аналогию) под управлением опытного экипажа может идти полным ходом на значительном волнении. Благодаря такому запасу эксплуатационной выносливости и возможно приспособить печь под водяное отопление. Полный ход (все та же аналогия) будет тише, чем у глиссера (предельная тепловая эффективность 60-65% против 80-95%), но, «идя на экономической скорости в спокойной воде», удельный расход топлива на отопление единицы кубатуры дома может не превысить такового котла.

Примечание: тепловая эффективность теплогенерирующих приборов – полный аналог КПД для ДВС.

Покупать или строить?

В продаже имеются только металлические печи с водяным контуром. Фундамент и разгром в доме для установки металлической печи не нужны, но и полезными качествами кирпичных она не обладает. В энергоэффективном доме (см. далее) можно ставить только металлическую печь. Выпускают такие многие печные фирмы, в т.ч. зарубежные ABX (Чехия), MBS (Сербия), EdilKamin (Италия). Тут, во-первых, нюанс: не спутайте с банной печью, снабженной водогрейкой для ГВС; для отопления банные печи непригодны. Отличия, если в спецификации не указано, что печь именно отопительная – банная печь всегда с каменкой. Второе – та же печь, но с водяным контуром, в продажу часто идет как котел. Как отличить от настоящего котла? По наличию варочной поверхности и топочной дверцы со смотровым стеклом. Котел не предназначен для посиделок у огонька. Третье – EdilKamin построены по схеме с водяной рубашкой и не предназначены для использования в качестве основных отопительных приборов; это фактически печь-камин с водяным контуром, см. ниже. И, наконец, российские печи с водяной рубашкой Бренеран (признак – «Аква» в названии) должны устанавливаться в нежилом помещении или в отдельной котельной, но для дачи Бренераны самое то: именно Бренеран Акватэн стоит до 20 000 руб. (без доставки). О других отечественных печах с водяным контуром см. видеообзоры:

Видео: обзоры печей с водяным контуром

Кроме того, если вы намерены купить печь для водяного отопления, учтите:

1. Для фабричных печей с водяным контуром действительны все указанные далее эксплуатационные ограничения;
2. Если отопительный котел часто продается с полным комплектом штатной обвязки, то печь – всегда без нее. Подбор и монтаж обвязки – особая непростая тема, а ее стоимость может перекрыть разницу в цене печи или котла;
3. В продаже имеются также каминные топки с водяным контуром. Это ни в коем случае не основные отопительные приборы, что бы там не обещали в рекламе! Каминная топка с водяной рубашкой (как и печь EdilKamin) включается в действующую локальную (домовую) СО с котлом для экономии штатного топлива или в СО энергоэффективного дома, см. далее.

Примечание: включать дополнительные теплогенерующие приборы в действующую СО нужно с несколькими степенями защиты от их нежелательного влияния друг на друга, см. напр. ролик ниже:

Видео: об опасности камина с водяным контуром

Подвал как критерий решения

В целом, если ваш дом с подвалом, в первую очередь нужно рассмотреть вопрос о приобретении и установке котла. Подвал всегда даст возвышение регистров над отопительным прибором, необходимое для построения простой, недорогой и энергонезависимой гравитационной СО (см. далее). Тепло от печи (камина) без водяного контура для стряпни и/или любования огоньком под коньячок с икоркой даром не пропадет: автоматика котла его «учует» и сэкономит штатное топливо.

Вспомним поговорку «лохматых» годов: бесплатный сыр бывает только в мышеловке. Отопительная печь с водяным контуром строится и эксплуатируется с серьезными ограничениями сравнительно с простой:

1. Теплообменник нельзя замуровывать в тело (строение) кирпичной печи: разность ТКР (коэффициентов термического расширения) его и строения печи очень скоро выведет из строя и то, и другое;
2. Если топка с водяной рубашкой, то добиться оптимального по расходу топлива хода печи/камина невозможно. Поэтому приборы такого типа могут служить только дополнительными в действующей локальной СО;
3. Теплообменник печи с водяным контуром должен целиком обтекаться топочными или дымовыми газами;
4. Запускать печь/камин с водяным контуром при порожней СО недопустимо. Если это отопительно-варочная печь, используемая круглогодично, в ней должен быть переключатель хода зима-лето, а теплообменник должен устанавливаться только в зимней части строения печи;
5. Подпускать воду в СО снизу, т.е. сразу в печь, можно, только если она (печь) стальная и подпитка снизу указана как штатная в спецификации производителя. СО с кирпичной печью подпитывается холодной водой только и только сверху, от расширительного бака;
6. Поскольку в СО с периодически топящейся печью теплообменник испытывает регулярные знакопеременные термические нагрузки, строить с печью СО закрытого типа с избыточным давлением недопустимо;
7. По причине в пред. пункте строить СО с печью постоянно заполненной антифризом бессмысленно: дорогой теплоноситель еще до окончания текущего отопительного сезона состарится, деградирует и пропадет;
8. По окончании отопительного сезона теплоноситель (вода) из СО обязательно сливается. Это необходимо для образования в трубах плотной пленки гидроокиси железа, предотвращающей их дальнейшую коррозию;
9. Перед началом след. сезона система заполняется водой, герметизируется и опрессовывается подкачкой воздуха с расширительный бак до 2,2 ати;
10. Заполнение системы нужно производить при наружной температуре не ниже 15 градусов;
11. Отопительный прибор запускается не ранее чем через сутки после опрессовки системы, но и не ранее, чем температура теплоносителя сравняется с комнатной;
12. Дровяная печь с водяным контуром должна протапливаться с промежутками между топками не более 12 час независимо от теплоемкости строения печи и внешних условий, т.е. печи нельзя давать полностью остывать. Объясняется это невысокой теплотворной способностью дров и высокой вероятностью выпадения кислотного осадка из древесных дымовых газов.

Примечание: строить с печью СО типа ленинградка нельзя – для лениградки нужны избыточное давление и принудительная циркуляция.

Главное, что нужно знать, если вы решите строить печь с водяным контуром сами: для полного сгорания топлива в топке печи и достижения ею предельной тепловой эффективности температура под сводом топки, где догорают пиролизные газы, должна составлять не менее 1100 градусов. В то же время для пиролиза, полностью «высасывающего» из топлива летучие компоненты, оптимальна температура 400-600 градусов, а для загорания остаточного аморфного углерода топлива – 600-800. Температура внешней поверхности теплообменника в принципе нужна повыше, это позволяет выполнить его меньших размеров (см. далее), но стального не более 400 градусов, а чугунного не более 600 (при давлении в системе, равном атмосферному), чтобы исключить вскипание теплоносителя. Характерный размер теплообменника, устанавливаемого в топке печи – 0,3-0,5 м; устанавливаемого в дымовых каналах – 1-2 м. Еще одно: если температура в дымовых каналах упадет ниже 200 градусов, высока вероятность выпадения в печи кислотного осадка. Если печь топится бросовым (некондиционным) топливом, никогда полностью не сгорающим – также усиленное осаждение сажи в печи и дымоходе.

Зная эти обстоятельства, и возможно успешно построить печь с водяным контуром для отопления дома. Задача такова: встроить в печь теплообменник, принимающий достаточное количество тепла, но не сбивающий температуру в месте установки ниже допустимой. Печь для этого проектируется заведомо завышенной мощности: на 10-15% больше, чем нужно для обогрева дома. Эти 10-15% надо отдать на поддержание правильного хода (режима работы) печи с учетом теплоотдачи на сторону. Благодаря более равномерному распределению тепла в доме его теплопотери, зависящие от разности температур внутри и снаружи, падают, и экономия топлива за сезон составит 20-25%; до 30% в комбинированной СО (см. далее). Чистый выигрыш по затратам на топливо за сезон – 10-20%, а проигрыш сравнительно с отоплением от хорошего котла – 5-10%.

Примечание: печь с отопительным контуром позволяет построить относительно недорогую и доступную для монтажа своими силами гравитационную СО в доме без подвала, см. далее. Котел для гравитационной СО обязательно должен стоять в подвале, а если его нет – нужна энергозависимая СО с принудительной циркуляцией, также см. далее.

Еще о сложностях с кирпичом

У кирпичной печи есть одно, с точки зрения СО, «недружественное» качество: их тепловые постоянные времени (это то, что в просторечии называется тепловой инерцией) примерно равны. Тепловая инерция металлической печи на порядок меньше, чем у СО. Если система выйдет из режима, «вогнать» ее туда обратно возможно оперативной регулировкой хода печи. С кирпичной печкой так получится далеко не всегда: все оно вместе может «зациклиться» на неэкономичном и даже аварийном режиме (выражаясь «по-умному» – оказаться в метастабильном состоянии). Тогда придется или мерзнуть, дожидаясь следующей топки, или даже срочно гасить печь. Средство почти исключить «зацикливание» – топить печь 3 раза в сутки с промежутком 7-9 час (спозаранку, в середине дня и на ночь), а в самые холода – 4 раза с промежутком 6 час.

О печах на тлении

Если поискать в каталогах продукции отопительные печи длительного горения с водяным контуром, то таких не найдется. Года 3-4 тому назад мелькала угольная печка «Беспризорница», но сейчас и ее не видно. И это неспроста.

Печь длительного горения «вытаскивает» тепло из топлива медленно и постепенно. С другой стороны, эти печи критичны к температуре газов над массой топлива; для разных конструкций она колеблется в пределах 600-1000 градусов. Немного ниже – печь гаснет и спекшуюся массу из нее очень трудно выковырять. Выше – переходит на пламенное горение, для нее аварийное, а хозяевам грозящее большой бедой. Пламенная печь в том и другом случае просто съест больше топлива.

Иными словами, тепловой баланс в печи длительного горения должен поддерживаться гораздо точнее, чем в пламенной. «Лишнего» тепла (пригодного для использования) печь «на тлении» либо дает недостаточно для поддержания минимально необходимой температуры обратки в СО, либо вспыхивает. Поэтому печи длительного горения с водяным контуром и ручной регулировкой режима пригодны как водогрейные для ГВС, также понемногу накапливающей тепло в изолированном расходном баке. А чтобы приспособить печку длительного горения для отопления, ее нужно снабдить хотя бы простейшей автоматикой, оперативно регулирующей подачу воздуха. И получится… котел длительного горения. Которые давно уж выпускаются промышленностью и успешно эксплуатируются. Что же касается самодельной печи на тлении для отопления, то это как раз тот вариант, ради которого не стоит ломать ни голову, ни руки.

Браться самому за постройку печи с отопительным контуром имеет смысл, если у вас в достатке дешевых или даровых дров. На более энергичном топливе (напр., на угле) печь со значительным отбором тепла на сторону приобретет свойства, близкие к печи длительного горения, см. выше. Чтобы она работала правильно, проект нужно тщательно рассчитать, промоделировать, довести на опытном образце и подвергнуть всесторонним испытаниям. Кроме того, печь на дровах с водяным контуром нужно строить кирпичную. Все есть яд, и все есть лекарство – ее большая тепловая инерция сделает конструкцию не столь чувствительной к согласованию параметров теплообменника и строения печи. Далее мы рассмотрим особенности изготовления того и другого, учет которых позволит упростить расчеты или построить печь без них по известному образцу.

Регистр

Сердце печи – теплообменный регистр или просто регистр. Первое, с чего начинается его изготовление – расчет площади теплового контакта. Потом выбирается конфигурация регистра (см. далее), его материал и место расположения в печи. Затем под регистр проектируются либо топка, либо канальная система, а уж по ней вся печь. В последнем случае нарушается общепринятая схема проектирования печи – от топки к трубе, поэтому может понадобиться перерасчет на стадии проектирования.

Площадь теплоконтакта

Регистр должен принять от печи столько тепла, сколько необходимо по расчету для отопления дома, исключая комнату с печью. Тепловой поток в регистр определяется на первый взгляд несложно: Q = kS(ΔT), где:

Q – тепловой поток, Вт/с;

k – коэффициент теплопередачи для материала теплообменника заданной толщины;

S – площадь теплового контакта регистра с теплоотдающей зоной печи;

ΔT – эффективная разность температур теплоотдающей зоны и теплоносителя в регистре.

Последний параметр самый каверзный, т.к. ΔT есть сложная функция зависимостей изменения температуры как в пространстве, занятом регистром, так и во времени на протяжении топки и последующей теплоотдачи печи. С достаточной в нашем случае точностью можно считать при расположении регистра в топке ΔT=800 градусов, при его размещении в колпаке колпаковой печи ΔT=550 градусов и в дымовых каналах канальной ΔT=350 градусов. Тогда 1 кв. м регистра из стали толщиной 3 мм передаст теплоносителю 12, 8,25 и 5,25 кВт соотв., а чугунный со стенками в 4 мм – вдвое меньше.

Материал и форма

В топке печи тесно, и там помещают регистр из достаточно хорошо проводящей тепло стали. Подойдет обычная конструкционная толщиной 3-4 мм; в зоне, где выше 1000 градусов, правильно сконструированный теплообменник не окажется. В каналы нужно ставить кислотоустойчивый чугунный регистр. Колпаковые печи с отопительным контуром без точного расчета строить не надо: циркуляция газов под колпаком дело тонкое. Если наугад сделанный регистр ее собьет, КПД печи сильно упадет и чистить ее придется очень часто.

Теплообменные регистры для печей с водяным контуром

Крышеобразный регистр-«домик» (поз. 1 и 2 на рис.) имеет наибольшую относительно его размеров и расхода материала принимающую тепло поверхность, но топка под него нужна высокая, чтобы «горячий» коллектор подачи не охлаждал зону догорания пиролизных газов. При проектировании печи с таким регистром за уровень свода топки принимают воображаемую плоскость, секущую места перелома вертикальных ветвей труб в сходящиеся. Величина принимающей поверхности регистра-домика считается равной геометрической площади его наружной поверхности.

Регистр, сварной из стального листа (поз. 3) – не вариант. Его принимающая тепло поверхность почти вдвое меньше геометрической, а термические напряжения с больших контактирующих с пламенем плоскостей «перетекут» на швы и скоро выведут регистр из строя.

Чертежи теплообменника (теплообменного регистра) для печи с водяным контуром

В низкую топку нужно ставить более металлоемкий коробчатый регистр (поз. 4), причем от его верха до свода топки должно остаться не менее 15 см. Чертеж коробчатого регистра «на все случаи жизни» дан на рис. справа. При его техническом проектировании расчетную величину принимающей поверхности умножают на 1,25.

В качестве чугунного регистра подойдет старая батарея-«гармошка», поз. 5 на рис. выше. Величина излучающей поверхности одной секции чугунных батарей (в данном применении – принимающей тепло) есть в справочниках по теплотехнике и коммунальному хозяйству. Любой поисковик выдаст сводку сразу, нужно только промерить имеющуюся у вас и определиться по таблице, какого она типоразмера. А по поверхности одной секции находится или необходимое их число, или общая площадь наличной батареи.

Постройка печи

Топка печи с водяным контуром обязательно должна быть шамотной, легко нагревающейся и хорошо держащей тепло. Печь с кирпичной топкой регистр выстудит и заставит дымить, даже если он где-то далеко в каналах. В последнем случае (чугунный регистр в канальной печи) желательно все тепловое ядро ее строения выложить шамотным, а регистр ставить поближе к хайлу (выходу из топки в первый колодец), чтобы температура на ближнем к топке его конце была не ниже 400 градусов.

Строительство печи с водяным контуром

Печь с водяным контуром строится «от регистра». После закладки фундамента печи и кладки ее постели (первые 2-4 сплошных ряда кладки строения печи) регистр промеряют к месту (слева на рис.), монтируют и жестко крепят в системе, и вокруг него возводят печь (в центре). Крепить регистры временно (справа) и окончательно монтировать систему после постройки печи нельзя – очень легко повредить и то, и другое! Также недопустимо крепить регистр в печи любым способом: он должен свободно в ней лежать. Выходы труб регистра за пределы строения печи ни в коем случае не замазываются! Их после полной просушки печи плотно набивают асбестовым шнуром, чтобы получилось газоплотное соединение. Если в печь будет «сифонить» воздух, она обязательно задымит, а наружу из нее пойдет угар. Дополнительно о постройке печи с крышеобразным регистром в топке см. сюжет

Видео: кирпичная печь с водяным контуром

Чугунный регистр из старой батареи маломощный. Печь с ним более подойдет для отопления дачи, напр., с жилой мансардой. Всесезонная домовая печь с контуром отопления будет представлять собой уже весьма солидное сооружение.

Схемы устройства таких печей даны на рис.:

Схемы печей с водяным контуром и переключением хода зима-лето для отопления дачи и жилого дома.

Слева – дачная. Поскольку дачные печи топятся в основном бросовым топливом, на котором предельной экономичности печи все равно не добьешься, печь целиком кирпичная. Для перехода на летний ход верхнюю задвижку открывают, а нижнюю закрывают. В домовой печи справа на рис. (переключатель зима-лето условно не показан) применены стальные регистры большой площади в каналах. Чтобы исключить выпадение кислотного дождя (при правильной топке печи, разумеется) все ее тепловое ядро выполнено шамотным, т.е. повышенной теплоемкости. В таком исполнении вероятность образования кислотного конденсата минимальна.

Правильно построить отопительную печь с водяным контуром мало. Под нее нужно еще и правильно разработать СО, и надлежащим образом включить в нее печь.

Пройдемся вкратце по способам организации СО. Будет ли наша система однотрубной, 2-трубной, последовательной, параллельной или смешанной, вопрос важный, но другой – с точки зрения эффективности использования тепла печи для отопления дома. С точки зрения возможностей, стоимости, удобства, простоты и энергонезависимости сопряжения печи и СО важнее разобрать системы:

• Открытую гравитационную (самотечную).
• Открытую с принудительной циркуляцией.
• Закрытую без избыточного напора.

Самотечная

Чисто термосифонных СО (наподобие систем охлаждения ДВС первых автомобилей) не существует – потери в длинных трубопроводах СО подавят термосифонную циркуляцию. Чтобы СО все-таки работала, на помощь ей нужно призвать некоторую, вполне определенную долю силы тяжести (в чисто термосифонной циркуляции доля гравитационного напора может быть сколь угодно малой).

Принцип действия гравитационной СО показан слева на рис.:

Устройство открытой грвитационной системы отопления

Если система задействована от печи в доме, выполнить условие, указанное в центре, невозможно, даже если батареи подвесить под потолком. В таком случае выручить может СО с высокорасположенным проточным расширительным баком (справа на рис.), он создаст необходимый для термосифонной циркуляции теплоносителя дополнительный напор. В централизованных СО система с проточным расширителем не применяется, т.к. требует большего расхода материалов, трудозатрат на обслуживание и, при массовом использовании, дает большие потери теплоносителя. Но в частном доме все это с лихвой компенсируется простотой, дешевизной и стабильностью работы данной СО. Изюминка ее – расширительный бак. Требования к нему таковы:

• Емкости 200 л с избытком хватит для дома до 120-150 кв. м жилых.
• Сделать бак удобно из бочки, поставленной на попа, т.е. вертикально.
• Подпитка и запитка СО – только верхние через бак.
• Бак должен быть надежно теплоизолирован: чтобы циркуляция пошла, воде в нем достаточно остыть всего на 1-2 градуса, а теплопотери от неизолированного бака будут чрезмерно велики.
• Наполняется бак наполовину, как и обычный расширительный.
• Чтобы избежать испарения теплоносителя и засорения его пылью, бак должен быть закрыт плотной крышкой с теплоизоляцией и воздушным дренажем.
• Выходной патрубок выступает над днищем на 5-7 см, чтобы избежать засорения труб шламом.
• Устье входного патрубка располагается не ниже 15 см над выходным, но не выше 20-25 к зеркалу воды при минимальном ее уровне, иначе возможно подсасывание воздуха в систему (вода из входного патрубка бьет ключом и может затянуть в выходной воздух).

Резервный (аварийный) электрокотел для систем водяного отопления с печью

Примечание: поскольку постоянно топить кирпичную печь и заправлять СО с ней антифризом нельзя, а зимняя дача с печью, кроме того, может быть оставлена на несколько дней, весьма желательно включить в систему аварийный электрокотел (см. рис. справа). Он поддержит температуру воды в системе выше точки замерзания; как правило – на уровне 5 градусов Цельсия. Правда, и электричества резервный котел скушает в сутки немало.

С насосом

СО с принудительной циркуляцией строят только с металлическими печами, если того требует спецификация изготовителя печи. Интенсивность теплоотдачи от кирпичной печи для этого слишком мала: и в доме будет холодно, и печь выстудится, а неиспользованное тепло улетит в трубу в виде несгоревшего топлива.

Для СО с печью, во-первых, из возможных схем систем с принудительной циркуляцией теплоносителя (см. рис.), нужно выбирать схему с высокорасположенным расширительным баком (выделено красным). При пропадании электропитания она обеспечит минимальную циркуляцию для того, чтобы система не разморозилась. Если резервного электрокотла нет, печь при этом нужно все время подтапливать, но понемногу, чтобы вода в системе не вскипела. Поэтому в такой СО необходим датчик температуры воды на подаче.

Схемы систем отопления открытого типа с циркуляционным насосом

Во-вторых, циркуляционный насос обязательно должен быть снабжен байпасом (обводным шунтом; bypass по англ. – обход) с обратным клапаном, см. рис. ниже. Без байпаса замерзнет и система, и насос, т.к. малюсенький термосифонный напор не продавит сквозь него воду.

Схема действия и внешний вид циркуляционного насоса системы отпления с байпасом (обводным шунтом)

Закрытая

Достаточно дорогие закрытые СО с мембранным расширительным баком применяются с печами довольно часто, т.к. компактны, работают и с металлической, и с кирпичной печью и относительно легко вписываются в интерьер дома: вся обвязка СО может располагаться в шкафчике рядом с печью (см. рис. в начале). Устройство закрытой СО, задействованной от печи, особенностей не имеет; обязательно наличие автоматического или ручного вентиля для обезводушивания системы, см. след. рис..

Устройство систем отопления закрытого типа

Как видим, работ, хлопот и затрат на полноценное отопление дома от печи с водяным контуром более чем достаточно. Попробуем разобраться, в каких же случаях ее использование может оказаться целесообразным.

Вариант 1: энергосберегающий дом с теплоаккумулятором. В таких домах даже воздух вентиляции проводят через рекуператор, чтобы выходящий подогревал входящий. Сердце такого дома – теплоаккумулятор. Они бывают краткосрочного (до 2-3 суток) и длительного действия. Краткосрочные заполняются высококипящей теплоемкой негорючей жидкостью; в долгосрочных используются расплавы минеральных солей.

Вариант этот очень дорогой: даже один только суточный теплоаккумулятор стоит дороже хорошего котла с обвязкой и резервным электропитанием. Дом на 40-50 квадратов жилых с долгосрочным аккумулятором стоит несколько млн. USD, но дело и не в этом. Лучшие из современных теплоаккумуляторов на солях держат тепло до 3-4 мес. и окупиться хоть когда-нибудь способны только в краях, где суммарный годичный расход тепла в доме на все нужды, кроме отопления, превосходит таковой на обогрев дома за отопительный сезон. Нам до них далеко – географически и климатически. В средних широтах при относительно недорогом топливе теплоаккумулятор может в принципе сделать дом энергонезависимым, если будет хранить тепло год или более. Поэтому данный вариант рассматриваем только для общего развития.

Варианты использования печи с водяным контуром для отопления дома

Вариант 2: есть довольно обширный дом без подвала, есть доступное или даровое бросовое топливо, по качеству непригодное для котла, но кондиционное любого вида недоступно или дорого. В таком случае на печи с водяным контуром возможно построить комбинированную СО (в центре на рис.): удаленные комнаты подогреваются до комфортной температуры избыточным теплом от печи с чугунным регистром. Способности принимать тепло батареи-гармошки хватит на 1-3 комнаты, т.к. частично они греются и теплом непосредственно от печи. По той же причине вероятность размораживания системы крайне мала. Сама СО – простейшая открытая гравитационная.

Вариант 3: есть действующая СО с принудительной циркуляцией котлом в подвале, но штатное топливо для него дорого, а бросовое есть в наличии. Включаем в систему регистры прочих теплогенерирующих приборов. Параллельно, через обратные клапаны (справа на рис.), чтобы не сбивали с режима друг друга и всю систему. Расход штатного топлива за сезон резко уменьшается: избыточное тепло от прочих приборов теперь не уходит в окна и вентиляцию, а идет в трубу. Не в дымовую, а в отопительную, и гораздо сильнее помогает котлу экономить штатное топливо. Это единственное на сегодняшний день всегда и везде оправданное решение о приобретении или постройке печи (камина, печи-камина) с водяным контуром.