Печь с водяным контуром для отопления дома - варианты реализазации

Печь с водяным контуром для отопления дома

У сидящего перед камином или печью человека вряд ли возникнет мысль, что у этих отопительных устройств низкий КПД. Созерцание огня и ощущения от живого тепла не заменит никакой современнейший котел, у которого пламя горелки скрыто в его недрах и не видно глазу, а каждый киловатт тепловой энергии тщательно отбирается и передается теплоносителю. Но, оказывается, существует красивое, даже изящное компромиссное решение – это печь с водяным контуром для отопления дома.

Печное отопление

Печь всегда была своеобразным «сердцем» дома. Она всегда традиционно стояла в центре, и вся жизнь кипела возле нее. В печи готовили пищу, возле нее обогревались зимой. Хорошо натопленная печь накапливала столько энергии, что даже после того, как угасал огонь, она еще долго дарила тепло всем домочадцам, распространяя его как солнышко во все стороны от своих массивных стен. А топлива для печи – обычных дров в России всегда было много, главное, не полениться и запастись ими летом.

Печное отопление имеет ряд неоспоримых преимуществ:

Добавим немножко дёгтя в бочку с мёдом и перечислим недостатки печного отопления:

Если подытожить все вышесказанное, то, можно сказать, что печи имеют право на существование, но по многим показателям они все равно проигрывают другим видам отопления. В общем, хлопотное это дело – печи. Если в условиях дачного домика, где человек появляется периодически – это приятные хлопоты, то в домах постоянного проживания эксплуатация печи превращается в рутину и является чаще всего вынужденной мерой, когда, например, нет возможности организовать другую систему отопления из-за отсутствия магистрального газа.

Почему отопление с теплоносителем выигрывает у печного?

Как уже отмечалось ранее, одной из главных проблем печей является невозможность обогреть удаленные от них помещения. В современных моделях печей и каминов производители постарались решить эту проблему, снабдив свои отопительные приборы конвекционными воздушными каналами, к которым можно подключать воздуховоды. Теплый воздух от печи разносится по комнатам, отапливая их. Очень хорошее решение, которое, кстати, прекрасно работает в некоторых домах.

Воздух в таких печах выполняет функцию теплоносителя, то есть такого вещества, которое способно принять тепловую энергию от печи, а затем транспортироваться к месту назначения и отдать ее удаленному помещению. Для этого надо только соорудить систему воздуховодов, что не лишено недостатков и связано с определенными трудностями:

Лучшим и самым распространенным теплоносителем, используемым в системах отопления домов, является вода в силу своих достоинств:

Главный недостаток воды – это ее высокая температура замерзания – 0°C, при этом она расширяется в объеме и повреждает приборы системы отопления. Вдобавок у воды в сочетании с кислородом воздуха высокая коррозийная активность к черным металлам. Жесткая вода — с высоким содержанием солей кальция и магния приводит к образованию накипи на внутренней поверхности труб, теплообменников и радиаторов, что резко снижает их характеристики. Все это требует специальных мер:

Конечно, возникает вопрос – возможно ли объединить прелести печного отопления с достоинствами систем, где теплоносителем выступает вода. И при этом постараться уйти от недостатков и одних и других. Полностью решить эту задачу не удалось, но существуют довольно неплохие технические решения как промышленно производимые, так и реализованные домашними Кулибиными. Рассмотрим их, и после этого можно будет делать определенные выводы.

Краткий обзор промышленно выпускаемых печей с водяным контуром для отопления

Среди всех вариантов реализации печи с водяным контуром надо выбирать те, которые уже применяются и успешно эксплуатируются. И в первую очередь нужно обратить внимание на уже готовые изделия, которые выпускает промышленность. И вот почему:

В настоящее время на рынке печного оборудования работает много именитых и не очень производителей: ABX(Чехия), NordFlam (Польша), EdilKamin (Италия), MBS (Сербия), Термофор (Россия), Romotop (Чехия), Chazelles (Франция), Invicta (Франция), Vira (Россия), Panadero(Испания), Storh (Германия) и множество других. В качестве примера мы решили показать две модели печей с водяным контуром: каминная топка «Аквариус» от компаниии Термофор и печь «Армада 20» выпускаемая под торговой маркой Vira. Обе эти модели мы намерено представляем от отечественных производителей, так как при равенстве технических характеристик некоторые западные «собратья» стоят либо неприлично, либо просто бессовестно дорого.

Каминная топка с водяным контуром «Аквариус»

Очень известная на рынке компания «Термофор» выпускает каминную топку «Аквариус», которая может быть снабжена водяным контуром теплообменника именно для целей отопления. Для топки может сооружаться любой понравившийся портал, чтобы она стала гармоничной частью интерьера дома. Выпускается это изделие в двух модификациях, как с теплообменником для воды, так и без него. Мы специально указали в таблице технические характеристики обеих моделей для сравнения.

Особенностями конструкции данной модели каминной топки являются:

Из технических характеристик на этот прибор видно, что через водяной теплообменник топка может передать воде до 6 кВт тепловой энергии, значит, площадь отапливаемых помещений может быть порядка 50—60 м2 при высоте потолков 2,5 метра. Оставшиеся 6 кВт мощности можно направить на обогрев того помещения, где установлен камин, поэтому при сооружении портала следует организовать конвекционные потоки возле топки с выходом теплого воздуха сверху камина.

Этот камин, как, в принципе, и любую печь с водяным контуром категорически запрещено разжигать без воды в теплообменнике, это приведет к быстрому выходу его из строя. Вариант подключения «Аквариус ТО» в открытую систему отопления с естественной циркуляцией представлен на следующей схеме:

Таким образом, помимо своей декоративной функции камин может отапливать небольшой дом. Для того, чтобы теплообмен проходил более интенсивно, можно на обратной линии поставить циркуляционный насос с байпасной линией. При отсутствии электричества будет происходить естественная циркуляция воды, а при наличии будет включаться насос. Существуют модели каминов, которые могут включаться в систему отопления закрытого типа, но в рамках этой статьи мы их рассматривать не будем.

Твердотопливный отопительный котел «Armada 20»

Этот котел производится в России на заводе «Бермаш» в городе Березовском. Читателю может показаться, что авторы ушли от темы статьи, ведь она о печах с контуром для отопления, а речь вдруг пошла о котлах. Так вот котел «Армада» это не что иное, как печь того же производителя под названием «Легион» в которую вместо конвекционных труб нагрева воздуха поместили водяной контур из труб. Перестал ли этот агрегат быть печью? Конечно, нет! Просто поменялся теплоноситель.

Печами традиционно принято называть такие теплогенераторы, которые греют непосредственно в своем присутствии лучевым теплом (ИК излучением), а также нагревающие воздух. Котлы же призваны нагревать воду, которая в дальнейшем будет транспортироваться к различным приборам отопления: радиаторам, конвекторам, теплым полам и другим. Главная задача котла нагреть теплоноситель, а печи обогреть все вокруг себя. Но не будем отступать от заявленного производителем названия и расскажем о котле «Армада 20». Его технические характеристики представим в виде таблицы:

Эта печь (котел) имеет некоторые конструктивные особенности, о которых надо обязательно упомянуть.

Примеры обвязки котла для закрытой системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя, а также в открытой с естественной циркуляцией показаны на рисунках:

Таким образом, котел (печь с водяным контуром) «Армада 20» может уже отапливать достаточно большой дом и при этом он еще может использоваться для приготовления пищи и частично или полностью отапливать то помещение, где он установлен. Хотя основной теплосъем идет в пользу воды, все равно этот котел не перестал быть печью. Или, наоборот, — эта печь так и не стала абсолютно полноценным твердотопливным котлом.

Видео: Обзор печей с водяным контуром

Водяной контур для отопления в кирпичной печи

Очень заманчиво поместить теплообменник системы отопления в кирпичную печь, учитывая, что просто громадное количество энергии сгорания топлива уходит на разогрев массивной конструкции. И на самом деле печи со встроенным котлом существуют, и успешно эксплуатируются. И такая конструкция имеет массу преимуществ:

Главный недостаток такой конструкции – это сложность реализации. Лучше всего, когда использовать печь в качестве котла отопления задумывается еще до начала ее строительства или перед реконструкцией. В любом другом случае придется окунуться в очень хлопотные работы по разборке печи и сборке ее заново. И цена ошибки здесь очень высока, исправить что-то очень трудно.

Если хозяин решился на такой ответственный шаг, как организацию водяного контура в кирпичной печи, то здесь без специалистов никак не обойтись. Печами должны заниматься печники, а разрабатывать — инженеры совместно с теми же печниками. Никому же в голову не придет идти лечить зубы к автослесарю, почему же некоторые домовладельцы надеются на собственные силы или полагаются на «богатый опыт» соседа, кума, свата, брата. Именно поэтому лучше всего заказывать проект печи с водяным контуром у специалистов или воспользоваться готовыми техническими решениями, которые можно получить за символические деньги или совершенно бесплатно через интернет. Как говорится, Гугл и Яндекс вам в помощь.

Любое некорректное вмешательство в уже готовую печь нарушает ее работу, способствует быстрому ее разрушению, снижает КПД и создает опасность для здоровья и жизни людей. Перечислим типичные ошибки при установке водяного контура в кирпичную печь:

И подобных ошибок с непредсказуемыми последствиями может быть еще очень много. Это еще раз доказывает то, что лучше воспользоваться готовым техническим решением и привлечь профессионалов для кладки и монтажа, так как за деньги, потраченные на хороший теплообменник из нержавеющей стали и работу печника уже можно купить отличный твердотопливный котел от известных «брендовых» производителей.

Виды теплообменников и места их расположения в кирпичной печи

Прежде всего, необходимо определиться с тем, из какого материала будет сделан теплообменник, который будет помещен в кирпичную печь. Существуют несколько вариантов, рассмотрим каждый из них:

Из чего изготавливать теплообменник?

Теплообменники могут изготавливаться из металлического листа, круглых или профильных прямоугольных труб и их сочетаний. Рассмотрим основные их виды.

Расчет мощности и размеров теплообменника печи

Естественно, что для целей отопления мощность теплообменника должна быть рассчитана. Неправильно рассчитанный водяной контур либо не будет обеспечивать нужный температурный режим в помещениях, либо, наоборот, при избыточной мощности в комнатах будет как в пустыне Сахара и уменьшить температуру будет очень трудно, так как управлять пламенем в кирпичной печи очень сложно. Как это сделать правильно?

Отопление должно компенсировать теплопотери дома, поэтому их оценка – это первое что надо сделать. Такие расчеты делают инженеры-теплотехники. Методика расчета имеет довольно сложный алгоритм и требует большого количества исходных данных. Самостоятельно сделать такие расчеты довольно непросто, но практика показывает, что в большинстве случаев на каждые 10 м2 площади дома требуется от 1 до 1,2 кВт мощности системы отопления. При этом высота потолков должна быть от 2,5 до 2,7 м.

После расчета теплопотерь можно переходить к расчету мощности самого водяного контура (теплообменника), которая зависит от того в какой среде с какой температурой он находится и от его площади соприкосновения с этой средой. Практика говорит о том, что с каждого квадратного метра теплообменника можно «снять» в среднем 5—10 кВт тепловой энергии. Но примерные показатели нас не могут устраивать, поэтому будем подсчитывать точнее.

Очевидно, что мощность всего теплообменника будет зависеть от его площади S и некоего показателя – удельной мощности Qу, которая отражает сколько тепловой энергии может дать теплообменник единичной площади в 1 м2: Q=S* Qу.

Удельная мощность также величина расчетная и ее можно вычислить по простой формуле:

Qу=k*(Tm—tm), ккал/час, где:

Допустим, что печь работает на угле, тогда средняя температура в топке будет: Tm=(1000°C+600°C)/2=800°C. Температуру теплоносителя примем: tm=(80°C+60°C)/2=70°C. Тогда удельная мощность теплообменника будет: Qу=12*(800—70)=8760 ккал/час. Переведем калории в ватты: 1 Ватт=859,85 кал, значит, Qу=8760000 ккал/859,85=10187,82 Ватт≈10,2 кВт. Получается, что с одного квадратного метра теплообменника теоретически можно снять 10 кВт тепловой энергии.

Если вместо угля будут использоваться дрова, то, естественно, что их теплотворная способность ниже. Максимальная и минимальная температуры в топливнике будут: Tmax=700°С, Tmin=300°С, значит Qу=12*(500—70)=5160 ккал/час, что в ваттах составляет 5160000/859,85=6001,05≈6 кВт. Получается, что при топке печи дровами можно с 1 м2 площади теплообменника, расположенного в топливнике, снять около 6 кВт тепловой энергии.

В зависимости от потребности в количестве тепловой энергии можно вычислить необходимую площадь теплообменника: S= Q/ Qу. Допустим, что для отопления дома необходимо 15 кВт тепловой энергии, значит, площадь теплообменника, которая соприкасается с горячей средой в топочной камере должна быть 15/6=2,5 м2. Если теплообменник будет сделан из стального листа, то площадь его вычислить несложно, а если из круглых труб, то площадь каждой трубы вычисляется: Sтр=2*π*D*l, где D – диаметр трубы, а l – длина трубы. Площадь прямоугольных труб вычисляется как их периметр, помноженный на длину. Именно так можно рассчитать такой теплообменник, который удовлетворит потребности в отоплении дома.

Монтаж водяного контура в кирпичную печь

Отметим важные особенности монтажа теплообменников в кирпичную печь:

Правила эксплуатации печи с водяным контуром

Мало того, что расчеты и сам монтаж теплообменника в печь – это довольно трудоемкие и ответственные операции, для нормальной работы отопления еще и требуется соблюдения набора правил:

Сооружение отопительно-варочной печи с водяным контуром своими руками

Как уже было рекомендовано авторами статьи, лучше воспользоваться готовой и испытанной временем конструкцией печи, которая подробно описана в известной книге Я. Г. Порфирьева «Печные работы». Это обогревательное устройство занимает площадь в основании 1020*1160 мм и имеет высоту в 2380 мм. Теплообменник водяного контура имеет размеры (750*500*350 мм) изготовлен из листовой стали и расположен в топливнике, поэтому варочная поверхность используется только для разогрева пищи. По словам автора конструкции теплоотдача в водяной контур примерно 5,5 кВт при топке два раза в сутки, а при усиленной может достигать 18 кВт, что позволяет отопить помещения общей площадью до 180—200 м2.

Список необходимых материалов и приборов

Порядок проведения работ

Прежде чем начинать работы по строительству печи с водяным контуром, необходимо тщательно изучить конструкцию печи, посмотреть ее общий вид и то, как она выглядит в разрезах. Это все представлено на трех последующих рисунках.

После этого надо изготовить теплообменник водяного контура печи, чертеж которого представлен на следующем рисунке.

Что следует учесть при изготовлении теплообменника?

Порядовка кладки печи с водяным контуром

Перед кладкой печи необходимо соорудить под нее соответствующий фундамент, но в этой статье мы рассматривать этот вопрос не будем, а перейдем к порядовке. Перед этим ознакомимся с условными обозначениями, которые будут встречаться в дальнейшем.

На этом сооружение печи можно считать законченным. Дымоход реализуется уже абсолютно индивидуально, так как при этом должно учитываться и этажность дома, и тип перекрытия, и вид стропильной системы, и покрытие крыши, и многие другие факторы.

Видео: Отопительно-варочная печь с водяным контуром

Подводные камни водяных контуров печей

Столь соблазнительное занятие, как обустройство водяного контура в печи не так безупречно, как хотелось бы, так как в этом с первого взгляда правильном мероприятии есть свои подводные камни. И тема была бы не раскрыта полностью, если авторы умолчали об этом. Итак, что же может ожидать обладателя печи с водяным контуром для отопления?

Итак, какие же можно сделать выводы. Станет ли печь с водяным контуром полноценным котлом? Никогда в жизни! Да, это больше чем просто печь, но еще не котел. И наоборот – котел вряд ли станет печью. У этих устройств отличные друг от друга функции и пересечение их может быть и экономически необоснованно, а также трудно реализуемо и в некоторых случаях просто-напросто опасно. Дешевле и лучше иметь отдельно печь и котел, тогда каждое из этих устройств реализуются во всей красе, не мешая друг другу.

Идеальное место печи с водяным контуром с точки зрения инженерной науки

Существует ли такое идеальное место, где печь или камин с водяным контуром реализуются во всей своей красе? Безусловно, да. Посмотрим на рисунок, где приведена схема энергоэффективного дома.

Видно, что одним из главных компонентов общей системы отопления и горячего водоснабжения дома является теплоаккумулятор, называемый еще буферной емкостью, установленный в котельной цокольного этажа. Он представляет собой емкость большого объема (обычно не менее 500 литров) в которой находятся змеевики теплообменников от различных источников тепла. Это может быть газовый или твердотопливный котел, панели солнечных коллекторов, и, как видно из вышеприведенного рисунка, нашлось место и камину с водяным контуром. Разбор теплоносителя для различных целей (радиаторное отопление, теплые полы) идет из этой емкости. За всеми «запросами» следят датчики с контроллерами и насосные группы.

Горячее водоснабжение осуществляется из внутреннего бака, герметично отделенного от основной емкости. Нагрев воды идет через металлические стенки. При необходимости, через специальные фланцы во внутренний бак с горячей водой может быть установлен ТЭН, «помогающий» в ночное время, когда действуют сниженные тарифы на электроэнергию. Корпус буферной емкости заключен в мощную теплоизоляцию из пенополистирола толщиной не менее 100 мм, что обеспечивает минимальные потери тепла.

Системы отопления на основе буферных емкостей имеют несомненные преимущества:

Главными недостатками систем с буферной емкостью являются их энергозависимость и очень высокая цена на оборудование. Поэтому безупречное с точки зрения инженерной науки применение печи с водяным контуром может стать абсолютно не обоснованным с точки зрения здравого смысла. Хотя, безусловно, за подобными системами будущее. В развитых странах, где государство субсидирует использование различных альтернативных источников энергии, такие системы уже применяются достаточно широко.

Заключение

Подводя итоги статьи можно заключить, что печи с водяным контуром вполне могут использоваться для отопления дома, но со многими оговорками:

Видео по теме