Кирпичная печь с водяным контуром для отопления

Несмотря на многочисленные достоинства, кирпичная печь не может обогреть комнаты, находящиеся далеко от нее, поэтому необходимо использовать дополнительное отопление, которое можно реализовать, врезав в печь водяной регистр. Далее мы расскажем:

• как меняется режим работы печи после врезки регистра;
• как определить лучше место для установки регистра;
• как определить необходимую мощность регистра;
• как сделать регистр самостоятельно;
• как герметизировать вход и выход теплообменника;
• какая конфигурация водяного отопления лучше подходит для кирпичной печи;
• перекладывать ли старую печь или делать новую.

Режим работы печи

При сгорании любого вида твердого топлива выделяется много раскаленных газов, которые сначала нагревают топку, затем дымоходы и грубу печи. Температура в топке достигает 1000 градусов, в дымоходах 500–700 градусов, в грубе 200–400 градусов. Обязательным условием нормальной работы является достаточная температура выходящего из трубы дыма, если она ниже 150 градусов, то на внутренних стенках трубы выпадает конденсат. Ведь дым невысокой температуры не может согреть стенки выше значения точки росы, то есть температуры, приводящей к конденсации водяного пара.

Хорошая кирпичная печь рассчитана так, чтобы дым, пройдя по всем каналам и дойдя до трубы, смог поднять температуру внутренней поверхности трубы выше точки росы. Поэтому установка любого водяного регистра снижает сначала температуру проходящих через него газов, а затем и температуру стенок дымовой трубы, это необходимо учитывать при определении мощности топки и теплового излучения самой печи.

Как определить место для установки регистра

Существует три основных места установки теплообменника:

• топка;
• пространство над топкой;
• один из каналов дымохода.

Установка регистра в топку позволяет получить максимум тепловой энергии, однако снижает эффективность горения любых видов топлива. Установка теплообменника над топкой не влияет на режим горения топлива, но снижает температуру проходящих через него газов, из-за чего не только груба, но и дымоходы получают меньше тепла. Установка регистра в один из каналов дымохода позволяет штатно нагреть все, что расположено до него, однако затрудняет прогрев грубы. Если установить регистр над топкой, то печь превратится в аналог котла – слабый нагрев наружной поверхности и невозможность подключения грубы из-за слишком низкой температуры проходящих газов. Если же установить теплообменник в одном из каналов дымохода, то тело печи будет штатно нагреваться, поэтому потеря грубы не сильно повлияет на эффективность прямого нагрева. То есть для выбора места установки регистра сначала нужно определить, будет ли печь использоваться как основной источник тепла, или только как теплогенератор для водяного отопления.

Как определить необходимую мощность регистра

Принято считать, что для отопления 1 м 2 площади утепленного дома требуется 100 ватт тепловой энергии. То есть для определения мощности регистра в кВт необходимо площадь дома в м 2 поделить на 10. Если же дом не утеплен, то применяют повышающие коэффициенты от 1,2 до 2,5. Для определения количества тепловой энергии возле отопительной печи используют понижающие коэффициенты от 0,2 до 0,8. Влияет на мощность теплообменника и место его установки – при монтаже в дымоходе мощность равна расчетной (приблизительно 10 кВт на 1 м 2 ), при установке над топкой мощность возрастает в 1,2–1,5 раза, то есть для создания 15 кВт тепловой энергии достаточно площади в 1–1,2 м 2 .

Кроме того, важен и режим работы водяного отопления, ведь печь не может постоянно сжигать топливо, это приведет к перегреву и растрескиванию кладки. Поэтому в режиме двухразовой топки мощность регистра равна расчетной, а при использовании теплоаккумулятора (ТА) мощность нужно увеличить в 2,5–3 раза. Это обеспечит стабильность температуры в системе отопления при любых режимах работы печи.

Как сделать регистр самостоятельно

Существуют два основных способа изготовления регистров:

• переделка чугунного радиатора отопления;
• сварка из стальных бесшовных труб.

Мощность 1 м 2 обоих видов регистра приблизительно одинакова и составляет 10 кВт при установке в дымоходе или 12–15 кВт при установке над топкой. Чтобы сделать регистр из радиатора, нужно полностью разобрать его, отсоединив каждую секцию, затем тщательно очистить от ржавчины и краски с помощью болгарки и проволочной насадки-щетки. Затем нужно набрать нужное для получения заданной мощности количество секций и собрать их, используя фторопластовый уплотнительный материал (ФУМ ленту). Использовать другие уплотнители нельзя, ведь температура в месте соединения секции и ниппеля может достигать 450 градусов, поэтому бумажные и силиконовые уплотнители прогорят и дадут течь. По диагонали нужно вставить переходники под трубу выбранного диаметра (желательно не менее 40 мм), остальные два отверстия закройте штатными заглушками, также посадив их на ФУМ ленту. После сборки опрессуйте готовый теплообменник под давлением 4–5 атмосфер, если обнаружили течь, то разберите и заново соберите его более качественно.

Чтобы изготовить теплообменник из труб, вам потребуются:

• болгарка с отрезным и зачистным дисками;
• сварочный инвертор;
• плазморез;
• угольник;
• рулетка;
• керн.

Наиболее эффективная модель регистра – вертикальная гребенка между верхней и нижней горизонтальной трубами. Шаг между трубами гребенки равен диаметру этих труб. Сначала определяют высоту всей конструкции, чтобы она могла поместиться в дымоход или над топкой, затем вычисляют ее длину, необходимую для получения заданной мощности. После этого нарезают вертикальные и горизонтальные трубы. Затем в горизонтальных трубах с помощью плазмореза прорезают отверстия для установки вертикальных труб и приваривают их, выставляя по угольнику. Вместо угольника можно воспользоваться уровнем или отвесом, однако для этого потребуется стол со строго горизонтальной поверхностью. После сборки теплообменника необходимо приварить переходники под выбранную трубу и опрессовать под давлением 4–5 атмосфер.

Герметизация труб в кирпичной печи

Регистр устанавливают внутри печи, где все наполнено раскаленными газами, содержащими много ядовитых веществ. Поэтому очень важно правильно герметизировать вход и выход теплообменника. Проблема в том, что температурное расширение металла гораздо выше температурного расширения кирпича и кладочного раствора, поэтому нельзя просто замазать свободное пространство глиной. Наиболее эффективный способ герметизации заключается в том, чтобы перед вставкой регистра в предназначенное для него место, обмотать участки, проходящие сквозь кирпич асбестовой лентой или шнуром. Асбестовый уплотнитель не затягивают, но наматывают несколько больше, чем надо, затем во время вставки теплообменника запихивают в отверстие не только трубу, но и намотанный на нее уплотнитель, который и препятствует проходу дымовых газов.

Какая конфигурация водяного отопления лучше подходит для кирпичной печи

Особенность кирпичной печи в том, что она хорошо запасает тепло, но плохо переносит перегрев, поэтому оптимальной считается режим двухразовой, а при сильных морозах трехразовой топки. Причем время горения дров, а значит и время активного выделения дымовых газов, не превышает полутора часов. При таком режиме теплообменник выдает максимальную мощность лишь во время топки, остальное же время количество создаваемой им тепловой энергии постоянно уменьшается, из-за чего в системе отопления происходят скачки температуры. Причем теплообменник, установленный в дымоходе меньше подвержен этим перепадам, ведь даже после окончания топки его подогревают горячие кирпичные стенки.

Поэтому для создания водяного отопления от кирпичной печи необходим теплоаккумулятор, причем его объем зависит не только от площади дома, но и от места установки теплообменника. Для регистров, установленных над топкой, оптимальный объем ТА составляет 40–60 литров на 1 м2 площади дома, а для теплообменника в дымоходе оптимальный объем составляет 20–30 литров. Если же установить регистр увеличенной мощности над топкой и использовать хорошо утепленный ТА емкостью 100 литров на 1 м 2 , то можно даже в лютые морозы топить через день. Однако для такой работы потребуется и топка увеличенного объема, кроме того, расход дров или угля будет на 20–30 % больше, чем при топке два раза в день.

Перекладывать старую печь или делать новую

Чтобы вставить в печь регистр, ее приходится разбирать. Частичная разборка позволяет серьезно снизить объем строительных работ и сократить время их проведения, однако после такой установки печь уже не сможет нормально обогревать дом, ведь регистр будет отнимать большую часть тепловой энергии. Старая топка печи была рассчитана на выделение определенного объема тепловой энергии, достаточного для нагрева стен печи и грубы до нужной температуры. После установки регистра температура дымовых газов снизится, из-за чего печь и груба не будут нагреваться должным образом, а в дымовой трубе начнет оседать конденсат. Поэтому необходимо либо полностью переложить печь, увеличив размер топки, либо отключить от нее грубу. Вместо отключения грубы можно наружные стенки печи обложить утеплителем. Все это позволит повысить температуру дымовых газов в трубе чтобы избежать образования конденсата. Поэтому в каждом случае индивидуально определяют, нужно ли перекладывать печь или можно обойтись менее затратными мерами.

При этом определяют:

• сколько тепла уходит на прямое излучение от стен печи;
• сколько на тепловое излучение от грубы;
• сколько потребляет теплообменник;
• какова мощность топки.

Только такой подход позволяет не только врезать в кирпичную печь теплообменник водяного отопления, но и сохранить все ее преимущества.

Печь с водяным контуром для отопления дома

Во многих частных домах приоритетным остается отопление дровами и печи. У кого-то печь металлическая, у кого-то кирпичная, но объединяет их одно — не самый удобны это вид обогрева. Слишком много внимания и мало комфорта. Выход — печное отопление с водяным контуром.

Печное отопление с водяным контуром — возможность объединить традиции и комфорт

Для начала давайте разберемся в терминологии. Когда говорят «печь», чаще всего имеют в виду отопительный прибор, сложенный из кирпича, который топится дровами. Но часто так называют и металлическую печь на дровах или на угле. Принципы работы у кирпичных и металлических агрегатов одинаковый, меняется способ передачи тепла. У металлических больше конвективная составляющая (большая часть тепла переносится воздухом), у кирпичных преобладает тепловое излучение — от стенок печи и нагретых стен дома. В нашей статье речь в основном о кирпичных печах, но большую часть информации можно применить и к металлическим дровяным (угольным) агрегатам. Печное отопление с водяным контуром может быть сделано на основе печей любого вида.

Обычное печное отопление: достоинства и недостатки

В нашей стране традиционно дома отапливались кирпичными печами, но постепенно этот вид обогрева вытеснили водяные системы. Все это потому, что наряду с достоинствами имеет простое печное отопление массу недостатков. Сначала о достоинствах:

• Печь большую часть тепла передает тепловым излучением, а оно, как выяснили ученые, лучше воспринимается нашим организмом.
• Русская или какая иная отопительная печь имеет колоритный внешний вид, часто есть возможность наблюдать за открытым пламенем.
• Можно сделать кирпичную печь с дымоборотами для более полного использования вырабатываемого тепла.
• Отопление этого типа энергонезависимое — не зависит от наличия электричества.
• Есть модели печей для отопления второго этажа (за счет отопительного щитка с дымовыми каналами).

Печное отопление

Сегодня печное отопление воспринимается больше как экзотика, так как встречается очень нечасто. Нельзя поспорить, что находится возле теплой печки очень приятно. Создается какая-то особая атмосфера. Но имеется и множество серьезных недостатков:

• Неравномерность прогрева — возле печи жарко, в углах — холодно.
• Большая площадь, занимаемая печью.
• Отапливаются только те комнаты, в которые выходят стенки печи.
• Невозможность регулировать температуру отопления в отдельных помещениях.
• Низкий КПД. Для обычных печей 60% — это уже очень хороший показатель, в то время как современные отопительные котлы выдавать могут 90% и выше (газовые).
• Необходимость частого обслуживания. Растопить, регулировать заслонки, вычищать угли — все это регулярно и постоянно. Не всем это доставляет удовольствие.

Принцип организации дымооборотов — горизонтальных и вертикальных

Как видите, недостатки значительные, но некоторую их часть можно нивелировать, если встроить в печь теплообменник, который подключить к системе водяного отопления. Такую систему еще называют печное водяное отопление или печное отопление с водяным контуром.

Водяное печное отопление

При организации водяного отопления от печи, в топку встраивается теплообменник (водяной контур), который трубами подключается радиаторам. В системе циркулирует теплоноситель, который разносит тепло от печи по радиаторам. Такое решение повышает комфортность проживания в зимнее время. Все дело в том, что радиаторы можно установить в любой комнате, то есть печь может стоять в одном помещении, а все остальные комнаты будут греться от батарей, по которым бежит нагретая вода.

Печное отопление с водяным контуром: пример системы с таплоаккумулятором (бойлером)

Остальные недостатки печного отопления при этом сохраняются, но добавляются плюсы водяного обогрева — можно регулировать температуру в каждом помещении (в определенных рамках), большая инерционность сглаживает неравномерность температурного режима. Кстати, такая же схема работает с металлическими печами на дровах или угле.

Типы систем

Есть два типа систем водяного отопления: с принудительной и естественной циркуляцией (ЕЦ). Отопление с естественной циркуляцией энергонезависимое (электричество для работы не требуется), теплоноситель циркулирует за счет естественных физических процессов. Недостаток такого способа обогрева — необходимость использования труб большого диаметра, то есть объем системы будет большим и будет иметь большую инерцию. При растопке печи это не очень хорошо — будет долго греться. Зато после прогорания дольше в доме сохраняется тепло.

Еще один минус — для создания условий для движения теплоносителя, трубу подачи поднимают вверх — под потолок или на уровень радиаторов (в крайнем случае). При отоплении двухэтажного дома, от котла труба идет наверх, разводится по радиаторам, а потом спускается вниз и обходит батареи на нижнем этаже.

Простейшая схема систем с естественной циркуляцией

Еще один немаловажный недостаток — относительно невысокая эффективность обогрева систем с ЕЦ — теплоноситель медленно движется, разносит мало тепла.

Печное отопление с водяным контуром и принудительной циркуляцией отличается наличием циркуляционного насоса (на фото ниже), который работает постоянно. Его задача — гонять воду с определенной скоростью. Изменяя эту скорость можно изменять интенсивность обогрева помещений. Это приводит к тому что, при прочих равных условиях, такой обогрев более эффективен. Но для работы системы необходимо электропитание — насос должен работать постоянно. При его остановке система закипает и выходит из строя. Если отключения электроэнергии происходят у вас редко, достаточно иметь блок бесперебойного питания с комплектом аккумуляторных батарей. Если же отключают свет часто и надолго, придется ставить еще и генератор, а общая стоимость такого решения немалая.

Есть еще третий вид системы: смешанный или комбинированный. Все проектируется под естественную циркуляцию, но ставится циркуляционный насос. Пока есть электричество, работает отопление как принудительное (с насосом), когда свет отключили, теплоноситель движется самостоятельно.

Аккумулятор тепла

Так как печь топится не постоянно, а имеет циклический алгоритм работы, то в доме то жарко то холодно. И наличие радиаторов от этого спасает слабо. Хоть перепады не такие критические, все равно они есть. Особенно не хватает тепла ночью, а вставать и топить очень не хочется. Чтобы решить эту проблему, печь ставят мощную, а в систему встраивают аккумулятор тепла. Это большая емкость, заполненная теплоносителем, которая стоит между печью и системой отопления.

Печное отопление с водяным контуром и аккумулятором тепла

То есть, имеется два отдельных независимых контура. Первый переносит тепло от печи и обычно его делают с естественной циркуляцией. Второй гонит теплоноситель в радиаторы, причем обычно присутствует циркуляционный насос.

Такой способ организации водяного печного отопления хорош тем, что пока печь топится, активно греется вода в емкости. При правильном расчете она нагревается до 60-80°C, чего хватает на поддержание нормальной температуры радиаторов примерно на 10-12 часов. При этом нет ни особой жары, ни сильного холода. Атмосфера вполне комфортная.

Установка в системе теплоаккумулятора (иногда называют еще буфером или буферной емкостью) еще и снижает риск закипания системы. Второй контур точно никогда кипеть не будет, а вот чтобы первый не закипел, необходимо правильно рассчитать его — чтобы даже в режиме естественной циркуляции теплоноситель двигался с достаточной скоростью и не успевал перегреваться.

Регистр для печи

Для нагрева теплоносителя в печь встраивается водяной контур (еще называют регистр, теплообменник, змеевик, водяная рубашка). Форма его может быть любой, но чаще всего делают прямоугольные плоские емкости или набор труб, соединенных в единую систему (типа радиаторов).

Один из примеров водяного контура для печи

Чтобы подключить теплообменник к системе, в него вваривают два патрубка: один сверху- для забора горячей воды, второй снизу — для закачки остывшей воды из обратного трубопровода.

Часто возникают вопросы с определением размеров водяного контура для печи. Его можно приблизительно рассчитать, исходя из теплопотерь здания. Считают что для переноса 10 кВт тепла необходима площадь теплообменника 1 кв. м. Но при этом надо учесть время работы печи — ведь топится она не постоянно. Пока не очень холодно — раз в день примерно 1,5 часа, когда холодно — два раза. За это время нужно чтобы печь успела нагреть всю воду в аккумуляторе тепла. Потому расчет площади теплообменника ведется по суточному количеству тепла, необходимого для возмещения теплопотерь.

Например, пусть потери тепла для дома составляют 12 кВт/час. В сутки это будет 288 кВт. Топится печь, пускай 3 часа, все необходимое тепло должно накопиться за это время. Тогда необходимая мощность водяного контура для печи — 288 / 3 = 96 кВт. Чтобы перевести ее в площадь, делим на 10, получаем что для данных условий площадь регистра должна быть 9,6 м2. Какую форму вы при этом выберете — ваше дело. Важно чтобы внешняя поверхность регистра была не меньше.

Строительство печи вокруг теплообменника

Ну и еще пара моментов. Первый — мощность печи должна быть больше, чем найденная мощность теплообменника. Иначе требуемое количество тепла просто не выделится. Второй нюанс: емкость аккумулятора тепла тоже должна соответствовать — она должна быть больше примерно на 10-15%. В этом случае исключается закипание теплоносителя.

Только не забудьте, что теплоемкость воды и антифриза сильно отличается. Аккумулятор с антифризом в качестве теплоносителя должен быть значительно больше, чем емкость для воды (в той же системе).

Что еще стоит помнить, что теплоаккумулятор желательно хорошо утеплить — чтобы дольше сохранялось тепло. В этом случае печное отопление с водяным контуром будет еще более экономичным.

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.