Традиционные печи, веками служившие источником тепла, сегодня обретают новую жизнь благодаря современным технологиям. Одним из таких решений является печь с водяным контуром, сочетающая в себе уют живого огня и эффективность водяного отопления. Эта система позволяет равномерно распределять тепло по всему дому, обеспечивая комфортную температуру в каждом помещении. В статье мы рассмотрим особенности печей с водяным контуром, их преимущества и недостатки, а также разберем критерии выбора оптимального варианта для вашего дома. Мы изучим различные типы теплообменников, материалы для труб и особенности монтажа, чтобы вы могли сделать осознанный выбор и создать эффективную и надежную систему отопления.
Особенности обогрева на базе печки
Печное отопление – традиционный и проверенный временем способ обогрева, особенно распространённый в сельской местности России. Многие деревенские дома до сих пор оснащены печами, которые используются не только для обогрева, но и для приготовления пищи и выпечки.
Некоторые печи оборудованы водяным контуром для отопления, другие же обходятся без него. Однако, несмотря на появление современных отопительных котлов, владельцы загородных домов не спешат отказываться от печей, считая их надёжным и неприхотливым источником тепла.
Печь без водяного контура способна обогреть лишь небольшое пространство вокруг себя. Такой вариант подходит для отопления одной-двух комнат, но для просторных домов и коттеджей он уже неэффективен.
В качестве топлива для деревенских печей используют различные материалы:
- уголь;
- торф;
- дрова;
- топливные брикеты.
С конструктивной точки зрения, тип используемого топлива не оказывает существенного влияния на устройство печи или систему водяного отопления. Разные виды топлива отличаются теплоотдачей и временем горения, но устройство топки и схема разводки труб отопления остаются неизменными.
Печное отопление обладает рядом значимых достоинств:
- Независимость от электроснабжения.
- Относительно невысокая стоимость установки.
- Доступность и разнообразие твердого топлива.
- Простота в использовании.
- Длительное сохранение тепла (особенно для кирпичных печей).
- Многофункциональность – отопление и приготовление пищи.
В случае отсутствия возможности подключения дома к газовой магистрали, дровяная печь становится оптимальным решением для отопления. Исключением является лишь ситуация, когда твердое топливо (уголь или дрова) недоступно в данной местности, что для России скорее редкость.
Однако, наряду с преимуществами, печное отопление имеет и недостатки. К примеру, печи с водяным контуром сложно автоматизировать и регулировать теплоотдачу в разных помещениях.
К другим минусам можно отнести:
- Длительный прогрев.
- Занимаемое пространство из-за габаритов печи.
- Большой вес кирпичной конструкции.
- Сравнительно низкий КПД из-за потерь тепла через дымоход.
- Повышенная пожароопасность при неправильной эксплуатации.
Масса кирпичной отопительно-варочной печи с водяным отоплением может варьироваться от 1,5 до 10 тонн, в зависимости от конструкции и размеров, не считая веса дымохода. Это требует обустройства прочного и дорогостоящего фундамента, что также является существенным минусом данной системы отопления.
Конструкция печного водяного отопления
Идеальным вариантом является проектирование и возведение печи для водяного отопления одновременно со строительством дома. Установка кирпичной печи в уже построенном здании может представлять значительные трудности, а иногда и вовсе невозможна из-за необходимости усиления фундамента и изменения стропильной системы.
Печь для водяного отопления в частном доме может быть выполнена не только из кирпича, но и из стали, например, в виде буржуйки, оснащенной теплообменными трубами вокруг топки для нагрева теплоносителя.
Система водяного отопления на основе печи включает в себя следующие элементы:
- Печь (кирпичная или металлическая).
- Теплообменник, расположенный внутри или вокруг топки, а также в виде змеевика вокруг дымохода.
- Контур с теплоносителем, разведенный по дому, и расширительный бачок, установленный на чердаке.
В некоторых случаях система отопления может быть дополнена циркуляционным насосом и гидроаккумулятором. Однако такое усложнение применяется редко, так как требует стабильного электроснабжения и увеличивает стоимость всей системы.
Главным преимуществом водяного печного отопления является низкая стоимость его установки. Поэтому добавление дорогостоящих и потенциально ненадежных компонентов нецелесообразно.
Схема циркуляции воды в контуре
Системы водяного отопления в домах могут быть построены с естественной (гравитационной) или принудительной циркуляцией теплоносителя. Для систем на базе дровяной печи предпочтительнее первый вариант.
Схема с естественной циркуляцией не только дешевле, но и не требует электроснабжения, в отличие от принудительной.
Водяное печное отопление рекомендуется устанавливать в одноэтажных домах площадью до 150 м², где возможно использование гравитационной циркуляции без дополнительных насосов.
Для отопления многоэтажных коттеджей целесообразнее использовать более мощный котел. Создание огромной печи для таких зданий будет дорогостоящим, потребует значительного количества топлива и увеличит риск возникновения пожара.
Классическая система печного отопления с естественной циркуляцией включает в себя:
- Теплообменник в печи.
- Контур из металлических труб.
- Радиаторы (часто заменяются толстыми трубами в комнатах).
- Расширительный бачок.
При самостоятельном монтаже водяного отопления в загородном доме рекомендуется использовать именно эту схему, так как ее установка и расчет проще, чем у системы с принудительной циркуляцией.
Система с циркуляционным насосом больше подходит для котлов, а в сочетании с печью теряет свою эффективность.
В отличие от автоматизированного бойлера, который постоянно подогревает воду, дровяная печь топится один-два раза в сутки. Именно в эти моменты теплоноситель нагревается и отдает тепло в помещения. После прекращения горения использование насоса становится бессмысленным, так как в холодной топке вода не будет нагреваться.
Выбирая дровяную или угольную печь, владельцы частных домов стремятся к созданию автономной системы отопления. Установка насосного оборудования, зависящего от электросети, нарушит эту автономность.
Печь — кирпичная или металлическая
Кирпичная печь отличается от металлической более медленным нагревом, но и более длительной теплоотдачей. Стальная печь, напротив, быстро нагревается и так же быстро остывает после сгорания топлива. Частично эта проблема компенсируется большим объемом теплоносителя в водяном контуре. Однако увеличение объема воды в системе влечет за собой удорожание материалов.
Металлическую буржуйку с водяным змеевиком для отопления в частных домах допустимо устанавливать непосредственно на деревянный пол без специального фундамента.
Стальная печь для водяного отопления мощностью 5–15 кВт весит от 100 до 300 кг без учета топлива и воды. Такую печь можно без опасений разместить на усиленных лагах. Обустройство фундамента необходимо для печей весом более 700–800 кг. В случае с кирпичной печью бетонные работы неизбежны.
По сравнению с металлической, кирпичная печь имеет больший вес, более высокую стоимость и более сложный монтаж. Однако она обладает более высоким КПД и меньшим риском замерзания контура с последующим разрывом труб из-за образования льда. Для капитального строительства и постоянного проживания рекомендуется остановить выбор на кирпичном варианте.
Трубы: нержавеющая сталь или металлопластик
При создании системы отопления на основе водогрейного котла для обвязки допускается использование не только стальных, но и металлопластиковых, а также полипропиленовых труб. Однако, если источником тепла является дровяная печь, контур с теплоносителем рекомендуется выполнять исключительно из нержавеющей стали.
При интенсивном горении дров вода в змеевике печной топки может быстро нагреться до 100 градусов и закипеть. Только сталь способна длительно выдерживать такие температуры.
Металлопластиковые трубы рассчитаны на работу с теплоносителем, нагретым до 90–95 °С. Кратковременно они могут выдержать и нагрев до 110–120 °С. Однако автоматика котлов и бойлеров изначально предотвращает, нагрев воды до таких значений. Для теплых полов температура теплоносителя составляет 30–45 °С, а для радиаторов – 60–65 °С.
В случае с дровяной печью температуры, близкие к 100 градусам, не только возможны, но и достаточно часто встречаются. Использование металлопластиковых труб для обвязки такой печи не рекомендуется из-за высокого риска их повреждения. Предпочтительным вариантом является более надежная нержавеющая сталь.
Кроме того, патрубки, выходящие из топки от змеевика и предназначенные для подсоединения труб контура, неизбежно будут подвергаться воздействию высоких температур. Открытый огонь находится на расстоянии менее полуметра от них. Подключение к этим патрубкам любых пластиковых труб опасно из-за риска их расплавления.
Теплоотдача: радиаторы или регистр
Передача тепла от печи в систему отопления происходит порциями в течение нескольких часов, пока горит топливо. Небольшой объем воды в системе отопления приведет к быстрому остыванию дома. Поэтому в сельской местности для обогрева часто используют толстые стальные трубы, а не привычные городским жителям радиаторы.
Отопительный регистр идеально подходит для дровяных печей. Классическая схема водяного печного отопления с естественной циркуляцией предполагает прямой контакт воды с атмосферой через расширительный бак, что нежелательно для обычных батарей из-за попадания воздуха в теплоноситель.
Труба из нержавеющей стали диаметром 80–120 мм, проложенная по дому, представляет собой отопительный регистр, состоящий из подающей и обратной линий. В самой удаленной от печи комнате эти линии соединяются, а в остальных помещениях трубы прокладываются вдоль наружных стен в виде двух параллельных трубопроводов.
Регистр выглядит менее эстетично, чем радиатор, но он значительно дешевле и проще в изготовлении. Для его создания необходимы навыки сварки.
Площадь теплоотдачи такого контура рассчитывается путем умножения числа π на диаметр и длину трубы. В расчетах также учитываются тепловой напор в подающей и обратной линиях и расстояние между трубами по вертикали.
Однако часто такие расчеты не выполняются. Вместо этого берется труба диаметром 80–100 мм и прокладывается по периметру всего дома с замыканием в дальней комнате. Регулировка теплоотдачи осуществляется опытным путем, путем изменения количества топлива в топке.
Контуры из регистров в сочетании с водяными печами получили широкое распространение благодаря своей простоте. Для их установки достаточно подобрать подходящую трубу и выполнить сварку.
Выбор теплообменника для топки
Для изготовления теплообменника в печь можно использовать медь, сталь или чугун. Медь из-за высокой стоимости и сложности пайки сразу исключается. Установка чугунных батарей внутрь топки требует осторожности, так как из-за перепадов температур отдельные секции могут отсоединиться.
Чугун превосходит сталь по техническим характеристикам. Однако самостоятельное изготовление теплообменника из чугуна для дровяной печи затруднительно. Единственный вариант – использовать старую чугунную батарею, но необходимо учитывать, что уплотнитель между ее секциями сгорит в топке, что приведет к потере герметичности и попаданию воды в топочную камеру.
При использовании чугунной батареи в качестве теплообменника рекомендуется выбирать модели МС-110-300 или МС-90-300. Они компактны и поместятся в топке. Площадь поверхности нагрева каждого ребра составляет примерно 0,14–0,16 м².
Исходя из этих значений, можно рассчитать необходимое количество секций. На каждые 10 м² площади дома требуется 1 кВт мощности, что приблизительно соответствует 0,1 м² площади нагрева чугунного теплообменника.
Ребра чугунного радиатора обычно соединяются с помощью прокладок из термостойкой резины. В печной топке такая резина сгорит, поэтому ее необходимо заменить на асбестовый шнур.
Еще одна проблема использования чугунной батареи в качестве теплообменника – сложность очистки от сажи внутри топки. Периодическая чистка топочной камеры необходима, а рельефные ребра чугунной батареи будут этому препятствовать.
Наиболее подходящим вариантом теплообменника является стальной, выполненный в виде:
- Змеевика из нескольких трубок.
- Рубашки из листовой стали.
Для изготовления используют низкоуглеродистую сталь марок Ст10…Ст20 толщиной 4–5 мм. При использовании трубок их диаметр должен составлять 30–50 мм.
Изготовление стального теплообменника проще всего из листовой стали, однако в этом случае в теплообмене участвует только поверхность, обращенная внутрь топки к огню.
Трубчатый вариант более эффективен с точки зрения теплообмена, но и более трудоемок в изготовлении.
Расчет теплообменника
Для расчета теплообменника используется следующая формула:
Qy=K*(Tcp-Tk), где:
- K – коэффициент теплопередачи материала (для низкоуглеродистых сталей принимается 15–20, для серого чугуна – 50).
- Tcp – средняя температура нагревающей среды в топке, рассчитываемая как (Tmax+Tmin)/2.
- Tk – средняя температура теплоносителя, рассчитываемая как (Tподачи+Tобратки)/2.
При использовании дров в качестве топлива Tcp=(700+300)/2=500 °С и Tk=(80+60)/2=70 °С. В результате Qy=15*(500-70)=6450 ккал/час. Таким образом, с квадратного метра поверхности теплообменника, обращенной к огню, будет выделяться приблизительно 7,5 кВт/час.
Для угля расчеты следующие: Tcp=(1000+600)/2=800 °С и Tk=70 °С. Qy=15*(800-70)=10950 ккал/час, что эквивалентно 12734 Вт/час или 12,7 кВт/час с квадратного метра поверхности теплообменника.
Далее необходимая для отопления конкретного дома мощность делится на полученное значение (7,5 кВт/час для дров или 12,7 кВт/час для угля).
Например, для коттеджа площадью 150 м² требуется около 15 кВт. При отоплении дровами потребуется теплообменник с площадью теплообмена 15/7,5=2 м². Это площадь поверхности, непосредственно нагреваемой пламенем.
В случае трубчатого змеевика его длина рассчитывается по формуле:
S=23,14D*L, где:
- S – расчетная площадь.
- D – диаметр трубок.
- L – необходимая длина.
Параметры рубашки из стального листа вычислить еще проще, так как она обычно представляет собой два прямоугольника по бокам топочной камеры.
Выбор оптимального решения
В уже возведенном доме установка массивной кирпичной печи может быть затруднена. В таком случае водяное отопление целесообразно организовать на основе металлической печи, которую можно установить на усиленный деревянный пол без заливки фундамента.
Однако при наличии возможности обустройства полноценного фундамента предпочтение следует отдать более надежной кирпичной конструкции.
Для дровяной печи водяной контур в доме лучше всего выполнять из толстых стальных труб с естественной циркуляцией теплоносителя.
Установка в данную систему отопления циркуляционного насоса и/или гидроаккумулятора нецелесообразна и не принесет дополнительной пользы. Они лишь усложнят монтаж системы, а при отключении электроэнергии создадут дополнительные проблемы. В то время как система отопления без них продолжит функционировать в случае перебоев с электричеством.
