Как работает отопительная печь с водяным контуром?

Сегодня можно обустроить в частном доме множество видов отопительных систем с различными характеристиками. Одним из наиболее экономичных способов отопление является водяное, причём с условием, что воду нагревает не котёл, а обычная печь. Надо сказать, что сегодня такой способ отопления пользуется всё большей и большей популярностью. Стоит разобраться, почему так происходит.

Подробный обзор

Плюсы и минусы использования термоаккумуляторов

Иногда в печах с водяным контуром используют термоаккумуляторов. Используют его по той причине, что сам по себе теплообменник накапливать тепло не может (как и любой другой котёл). Преимущества использования этого агрегата заключаются в следующем:

  • тепло в доме будет оставаться дольше, в силу чего топить его надо будет реже, чем обычно – даже в холодный период времени;
  • температурные колебания не резкие, как при работе обычного теплообменника, а мягкие, плавные, что в итоге повышает долговечность всей отопительной системы;

    Один из главных недостатков термоаккумуляторов – они громоздкие

  • финансовые затраты на твёрдое топливо (уголь или дрова) станут ниже, а КПД системы повысится значительно;
  • в один контур можно подключить не один, а два и даже больше котлов (иногда это может понадобиться, если площадь дома большая или речь идёт о регионах с экстремальными температурами типа Крайнего Севера);
  • печь может топиться без какого-либо риска перегреться, а это значит, что дрова будут выгорать полностью, без остатка, что также даёт дополнительную экономию денежных средств.
Плюсы и минусы использования термоаккумуляторов

Есть у термических аккумуляторов, как это водится, и свои недостатки:

  • сами по себе термоаккумуляторы – достаточно массивные, для них требуется относительно большое количество пространства;
  • иногда для их установки может потребоваться отдельный фундамент;
  • стоимость самого агрегата довольно высока, так что устанавливать его в небольшом доме или доме, где живут нерегулярно – далеко не всегда целесообразно.

    Схематическое изображения работы системы отопления с наличием термоаккумулятора

В целом, печь с водяным контуром – это неплохое решение проблемы отопления дома. Правда, если дом (дача) имеет площадь от 200 м² и выше, то уже стоит задуматься об отоплении другими, более эффективными способами типа электрического котла, тёплых полов, газовых котлов длительного горения, котлов, работающих на отработанном топливе.

Плюсы и минусы использования термоаккумуляторов

В любом случае предварительно лучше всё сразу подсчитать, сделать подробную и точную схему, чертёж, чтобы потом не попасть впросак (видео сегодня в сети много с подробными расчётами).

Преимущества и недостатки печей с водяным контуром

Преимущества:

  1. Подобные конструкции обладают высокой эффективностью. Они вполне способны обогреть жилое помещение с большой площадью.
  2. Приемлемые по себестоимости. По цене, печи с водяным контуром в значительной степени дают фору другим обогревательным устройствам.
  3. Доступные топливные материалы. Дрова, уголь, кокс, торф — печам с водяным контуром подходит всё упомянутое.
  4. Конструкция не имеет привязки к электричеству. Система функционирует по принципу естественной циркуляции и не имеет надобности в обеспечении электроэнергией.

Недостатки:

  1. По КПД система уступает дизельным и газовым котлам.
  2. Ручные манипуляции. В печах с водяным контуром исключена возможность автоматизации.

Печи с водяным контуром имеют в своём распоряжении возможность подсоединения отопления по всему жилому помещению. Для этого понадобиться подключить к теплообменнику специальные элементы, посредством которых можно будет подсоединять радиаторы.

Отопление жилого дома такого типа нагревателем, можно организовать и собственными силами. В соответствии с рекомендациями и техническими требованиями, в достаточном количестве изложенными в интернете, вполне можно самостоятельно разработать требуемую конструкцию и воплотить её в реальность.

Аналоги отопительных печей с водяным контуром

При покупке печи с водяным контуром необходимо обратить внимание на мощность печи и количество дополнительных киловатт от теплообменником. Например, для 25 куб. м. помещения требуется печь мощностью 1 кВт.

Аналогами печи являются:

  • Твердотопливные котлы с водяным контуром— использование комбинированного или твердотопливного котла дает возможность отапливать помещение с площадью до 170 кв. м. Работает котел на дровах или на электричестве. Изготавливаются из крепкой стали. Оборудованы встроенным электрическим блоком.
  • Камины с водяным контуром и плитой/духовкой. Твердотопливные термокамины имеют возможность подключения к солнечным коллекторам и другим системам отопления. Устройство, сочетающее качества традиционного камина и функциональные свойства твердотопливного котла. Предназначены для нагрева воды с помощью циркуляционных насосов во всех видах отопительных систем.

Подключение печи к системе водяного отопления

Могут быть два варианта подключения печи с водяным контуром к системе водяного отопления дома:

  • монтаж системы и разводка труб с нуля после сооружения печи;
  • подключение к уже имеющейся системе.

В принципе большой разнице здесь нет. Просто во втором случае при изготовлении и монтаже теплообменника необходимо обратить внимание, чтобы входной и выходной патрубок были обязательно направлены в ту сторону, откуда наиболее удобно будет их подсоединить к уже имеющейся системе. В принципе, это будет справедливо и для случая, если разводка труб будет выполняться после кладки или монтажа печи – необходимо учитывать схему будущей разводки труб, но здесь, все таки, больше пространства для маневра.

Необходимо также проследить, чтобы диаметры входной и выходной (подающей) трубы теплообменника были бы одинаковыми и не меньше, чем трубы системы, с которыми их предстоит соединять.

Выбор схемы обвязки и циркуляции

Схема обвязки печи с водяным контуром практически мало чем отличается от схемы обвязки твердотопливного котла. Чаще всего, при выполнении работ своими руками, используют простые схемы обвязки при естественной (гравитационной) циркуляции теплоносителя. Такая схема работы максимально автономная, простая и не зависит от наличия электроэнергии. Для того, чтобы обеспечить естественную циркуляцию в системе необходимо монтаж труб выполнять с уклоном 3-5°, обеспечивающий приток горячей воды к радиаторам и отток ее из них обратно. Чаще всего, для таких систем используют двухтрубную схему с верхней разводкой подающей трубы. А для того, чтобы обеспечить хорошую естественную циркуляцию, сразу после печки на подающей трубе устраивают, так называемый коллектор разгона – она поднимается на 1-1,5 м выше радиаторов, а потом опускается вниз до положения, обеспечивающего достаточный уклон.

В настоящее время, в системах использующих печь с водяным контуром, в качестве источника тепловой энергии, все чаще используют циркуляционные насосы, которые обеспечивают принудительную циркуляцию теплоносителя и, как следствие, повышение эффективности работы системы на 20-30%. Причем, такие насосы могут использоваться в системах, как открытого типа (с обычными расширительными баками вверху), так и закрытых, с мембранными баками и и созданием избыточного давления в системе. Но в том и другом случае, должна быть обеспечена возможность переключения системы на работу с естественной циркуляцией, то есть она должна быть выполнена, как комбинированная или совмещенная. Сделать это можно с помощью байпаса, когда циркуляционный насос с обвязкой располагается на обводной магистрали, параллельно основной. В случае отсутствия электроэнергии основная магистраль открывается вручную (с помощью крана) или автоматически (с помощью клапана) и таким образом обеспечивается циркуляция и предотвращается закипание воды в системе.

Возможны также более сложные схемы обвязки печи с использованием насосов, гидроразделителя, теплоаккумулятора и т. д. Но, если вы не являетесь специалистом, то монтаж таких сложных схем лучше поручить профессионалам.

Предотвращение перемерзания системы отопления

Использование воды в качестве теплоносителя имеет один минус – в случае перемерзания системы отопления повредится трубопровод и приборы. Особенно сложно восстановить в этом случае теплообменник, интегрированный в печь.

Это проблема актуальна для домов, которые в зимний период могут не отапливаться длительное время. Один из способов предотвратить повреждение системы – использовать вместо воды антифриз, предназначенный для отопительных систем.

Для жилых помещений в качестве антифриза используют жидкости на основе пропиленгликоля, как нетоксичного вещества в отличие от этиленгликоля.

Предотвращение перемерзания системы отопления

Однако у идеи использования антифриза существуют свои минусы:

  • антифриз на основе пропиленгликоля дорого стоит (от 80 р/литр);
  • удельная теплоемкость антифриза меньше чем у воды (ориентировочно на 15%), поэтому необходима большая мощность печи и большая площадь поверхности устройств обогрева помещений;
  • у антифриза более высокая динамическая вязкость, чем у воды, поэтому необходим более мощный циркуляционный насос, а естественная циркуляция невозможна;
  • при нагревании антифриз расширяется до 40%, поэтому необходимо использовать большой расширительный бак закрытого типа;
  • пропиленгликоль очень текуч, поэтому проникает через соединения в системе отопления, через которые не проникает вода;
  • пропиленгликоль несовместим с оцинкованными трубами, потому что при контакте присадки антифриза утрачивают свойства;
  • при закипании антифриза (что вероятно при использовании печей) происходит необратимая химическая реакция, в результате чего всю систему придется сливать и заливать антифриз заново.

Для антифриза систему отопления необходимо рассчитывать заранее – использование его в проектах, реализованных для воды довольно проблематично.

Причем проект с применением антифриза будет значительно более дорогой, чем система водяного отопления. Поэтому использование антифриза пока не получило широкого распространения в частных домах при печном отоплении, а для предотвращения перемерзания используют другие методы.

При выборе жидкости для системы отопления необходимо иметь в виду не только физико-химические характеристики, но и ее опасность для окружающих

Слив воды из контура и рубашки или регистра печи является наиболее частым решением проблемы при длительном отсутствии хозяев дома. Помимо дополнительной работы к минусам этого метода нужно отнести доступ воздуха к металлическим элементам системы с внутренней стороны и, как следствие, распространение коррозии.

Предотвращение перемерзания системы отопления

Также в качестве решения проблемы на короткий промежуток времени, применяют интеграцию в отопительный контур электрического котла небольшой мощности. Его работа на минимальном уровне потребления энергии в состоянии временно поддержать положительную температуру воды.

Подсоединенный к системе отопления электрокотел малой мощности способен поддержать положительную температуру воды на случай длительного отсутствия хозяев

Нюансы разводки труб отопления

Печь с котлом водяного отопления подключается через два раструба, которые выводятся сквозь одну из стенок. С таким теплогенератором обычно используется двухтрубная схема, а разводка выбирается верхняя или нижняя. Естественно, система должна комплектоваться расширительным баком, запорно-регулирующей арматурой, предохранительным клапаном. В качестве полезной опции можно установить аккумулирующую ёмкость.

Упрощённая схема разводки с комбинированной циркуляцией. Насос монтируется параллельно основной магистрали

Некоторые скептики считают, что рабочий гибрид каменной печи и твердотопливного котла – это нереально. Но наши соотечественники давно и вполне успешно используют отопительные устройства, в которых совмещена теплоёмкость печек из кирпича и качественное распределение тепла, присущее любым котлам.

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Устройство печи камина с водяным контуром отопления включает теплообменник. Но также может содержать котел или прибор радиатора. Такое устройствообеспечивает нагрев значительного объема воды. Параметры бака определяются вместимостью топки. Подобное оборудование бывает закрытого и открытого типа. В качестве материала чаще всего применяется металл и кирпич. В приборах открытого типа есть в наличии открытая топка, а через теплообменник проходит вода. Кирпичные устройства обладают сложным техническим устройством. Устанавливается расширительный бак.

Основное устройство печи

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Теплообменник и расчет мощности

Расчет габаритов и показателя мощности теплообменника является сложной задачей. Стандартная конструкция образует 6,5 тыс. кКал, что требуется для обогрева малогабаритного домика. Водяной контур позволит повысить количество выделяемого тепла. При подборе теплообменника помогут специальные таблицы.

Так функционирует система

Материалы

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Перед тем, как выбрать печь камин с водяным контуром отопления, важно подобрать материал изготовления. Есть такие варианты:

  • медь обладает высокой теплопроводностью. Она способна выдерживать высокие температурные скачки. Появляющийся при охлаждении магистралей конденсат включает вредные компоненты, которые провоцируют коррозию;
  • чугун стойкий к коррозии, но известен своей хрупкостью. При остывании и прогревании могут образовываться трещины;
  • сталь относится к доступным материалам, которые легко поддаются обработке. Такое устройство как теплообменник производят из стали жаропрочного типа. При этом применяются бесшовные трубы;
  • нержавеющая сталь – дорогостоящий вариант для изготовления радиаторов, но обладающий отличным качеством.

Теплообменник из качественного материала является гарантией безопасности

Полезная информация! При работе со сталью желательно применять специальную сварку из арагона.

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Устройство

Самым важным устройством печи для отопления дома с водяным отоплением является теплообменник. Он изготавливается из профильных магистралей прямоугольного и круглого типа. Нюансы монтажа определяются конфигурациями механизма:

  • устройство из листовой стали может быть размещено в жарком месте – в топке. Для производства применяется лист из стали и специальная труба. Магистраль для подачи воды желательно расположить на самом верху конструкции. Это позволит избежать гидроудара. Чтобы жидкость внутри не закипела, зазор внутри должен быть не менее 30 мм;
  • теплообменник также производится из труб, при этом применяются прямоугольные и круглые трубы. При его установке должен быть обеспечен свободный доступ к дверце для дров, для дымооборотных магистралей и колосников;
  • регистр трубчатого типа размещается внутри оборудования.

Вариант установки коснтуркции

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Тонкости монтажа

При установке теплообменника в печи дровяной  с водяным контуром соблюдайте следующие правила:

  • данный механизм должен опрессуется до установки в оборудовании и после этого;
  • устройство устанавливается сразу же после возведения основания под печь. Только затем выполняется ее кладка;
  • между теплообменником и поверхностями стен должно быть пространство в 10-15 мм;
  • при установке труб должен оставляться зазор в 5 мм;
  • на выходе участок магистрали должен составлять не менее 12-15 мм;
  • магистрали объединяются с теплообменником при помощи жаропрочного уплотнитель;
  • подключение водяного контура к основной конструкции должен проводить специалист.

Установка конструкции с линиями для подачи воды

Конструкция печного отопления с водяным контуром

Как сделать водяной контур в кирпичной печи

Специалисты отмечают следующие достоинства системы:

Рекомендуем к прочтению:Виды печей и каминов для отопления дома

  • Кирпичная печь с котлом водяного отопления является неплохим аккумулятором тепла. То есть, кроме запуска и транспортировки теплоносителя печь сама неплохо накапливает и отдает тепло в помещение, в котором она расположена.
  • Конструкция дополняется варочной панелью, что позволяет экономить прочие энергоносители. Причем для совмещения плиты и печи не придется делать разные дымоходы, достаточно одного.
  • Передача тепла равномерная, вода будет прогреваться постепенно, а значит, температура теплоносителя не снизится до тех пор, пока не погаснет огонь в топке. Таким образом прогрев помещений осуществляется в мягком и постоянном режиме.

Печка остывает долго, поэтому жидкость останется горячей, поддерживая тепло в комнатах дома. Минус только один – сложности при обустройстве системы.

Самые распространенные ошибки:

  1. Встроенный теплообменник в топливник печи не работает в должном режиме из-за снижения объема. КПД уменьшается, при интенсивной циркуляции охлажденной воды накапливается сажа, что приведет к порче всей системы.
  2. При встраивании теплообменника в дымовые каналы нарушается пропускная способность элементов. Это приводит к возврату угарного газа в помещение, отравлению.
  3. Вмурованный в кладку теплообменник при нагревании расширяется, расшатывая кладку, печь, соответственно, все строение быстро разрушится.
  4. Теплообменник высокой мощности встроен в дымоход, из-за чего снижается температура дымовых газов (происходит охлаждение водой). В итоге образуется конденсат, разрушающий всю систему, трубу и саму печь.

Чтобы не допустить неприятностей, следует либо пользоваться готовыми конструкциями, либо вызывать мастеров, которые умеют обустраивать систему отопления из печи с водяным контуром.

Виды теплообменников и зоны их расположения в печи из кирпича

Различаются элементы по типу материала, из которого они изготовлены:

  • Медь. Металл с высоким показателем теплопроводности, но внутри печей применять нельзя. Температура оплавления медных элементов 1083 С, в топке температура поднимается до 1400 С.
  • Чугун. Прочный и стойкий к огню, коррозии материал, но хрупкий и не переносящий перепадов температуры. Если в теплообменник долить порцию холодной воды, когда теплоноситель уже нагрет, чугун лопнет.
  • Сталь. Хорошая альтернатива, но только если это жаропрочные сорта стали, причем толщина стенки должна быть 3-5 мм, трубы следует брать бесшовные. Недостаток в нестойкости к коррозии, поэтому следует брать стальные теплообменники для печей, работающих в закрытой системе отопления.
  • Нержавеющая сталь. Это хороший выбор для владельцев частных домов. Марка изделия AISI 3040 гарантирует прочность, длительность срока службы, износостойкость и неподверженность коррозии.

Из чего делать теплообменник

Своими руками деталь можно изготовить из листовой стали или трубы.

Особенности следующие:

Как рассчитать мощность теплообменника и его размеры

Стандартная формула расчетов – на 10 м2 площади нужно 1 кВт тепла. Чтобы просчитать мощность теплообменника, нужно взять за правило, что с 1 м2 элемента можно снять до 10 кВт тепла. Средние подсчеты показывают – при отоплении дровами с 1 м2 теплообменника в топливнике выходит до 6 кВт тепловой энергии в час. При отоплении углем до 8-10 кВт в час.

Пример расчета площади для дома, которому в час нужно 15 кВт тепловой энергии по формуле S=Q/Qу равно 15/6=2,5 м2. Здесь S = площадь дома, Q – тепловая энергия требуемая, Qу – тепловая энергия выделяемая. Расчет приведен для топки из стального листа. Получается, что общая площадь теплообменника, соприкасающегося с горячей средой в топке, равна 2,5 м2.

Правила монтажа водяного контура в печь

Чтобы поставить самодельный котел в печку для водяного отопления необходимо соблюдать правила:

  • теплообменник устанавливается только в печь, которая предусматривает наличие элемента;
  • после изготовления теплообменника его опрессовывают под давлением в 6 бар до установки на место и после монтажа в топку;
  • компенсационный зазор между стенками печи и теплообменника должен быть не менее 5 мм, сюда лучше поместить жаропрочный уплотнитель;
  • для соединения с трубами перемещения теплоносителя применяются жаропрочные уплотнители.

Правила эксплуатации

Требований немного:

  1. Нельзя запускать работу без жидкости. Также запрещено отсекать теплообменную систему от отопления при работающей печи.
  2. Доливать холодную воду в систему при нагретой жидкости нельзя, чтобы не спровоцировать прорыв сварных швов.
  3. Для увеличения эффективности можно поставить циркуляционный насос с байпасом.

Обустройство печи с варочной панелью и водяным контуром своими руками

Чтобы выполнить работы мастеру потребуется немалый опыт, материалы и терпение. Следует учитывать особенности выкладки дымоходов и сооружения печных конструкций. Понять нюансы технологии и сделать домашнее дровяное отопление с водяным контуром поможет видео от мастеров.

Эксплуатация печи-камина с водяным контуром отопления

Для безаварийной работы отопительной системы необходимо также соблюдать правила эксплуатации:

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

    Можно ли установить регистр для отопления в существующую печь

    Правильнее, конечно, строить печь вокруг изготовленного регистра. Но, если печь уже стоит, в нее все-таки можно встроить водяной контур. Правда, придется хорошо постараться — они имеют немалые размеры а еще должны каким-то образом держаться. Так что задача не из простых. Кроме того не стоит забывать, что придется еще делать два вывода — для подключения подающего и обратного трубопровода.

    Оптимальный вариант — сделать водяную рубашку под форме печи (этот — для металлической с конфорками)

    Место для расположения регистра найти тоже не очень просто. Очень нежелателен его прямой контакт с огнем, но должен находится в среде горячих газов. В этом случае можно надеяться на то, что прослужит теплообменник долго.

    Место  для расположения регистра найти тоже не очень просто. Очень нежелателен его прямой контакт с огнем, но должен находится в среде горячих газов. В этом случае можно надеяться на то, что прослужит теплообменник долго.

    Читайте также:  Декоративные камины в интерьере дома (61 идей дизайна)