Печь с водяным контуром для отопления дома

Печь – традиционное устройство для отопления частных домов, работающее на твердых видах топлива, чаще всего дровах и угле. Классическая конструкция печи может быть улучшена с помощью контура водяного отопления.

Модернизация повышает КПД печи, позволяет создавать комбинированные системы отопления, улучшает процесс передачи тепла отдельным помещениям. Материал статьи дает обзор устройства печей с водяным контуром, описывает варианты схем систем отопления, оценивает преимущества и недостатки, дает рекомендации по выбору оборудования.

Устройство печи с водяным контуром

Классическая конструкция печи состоит из топки, разделенной колосниками на топливник и зольник, окруженной стенками из кирпича или металла. При сгорании топлива тепло передается в помещения посредством лучистой теплоотдачи от ограждающих поверхностей печи. Применение печей вызвано обычно объективными причинами:

1. Отсутствие иных видов топлива, кроме дров и угля, а именно природного газа и электричества необходимой мощности;
2. Относительная дешевизна дров во многих регионах нашей страны;

Внедрение в конструкцию печи водяного контура во многом улучшает показатели работы отопления. Металлический теплообменник позволяет отбирать часть тепла при сгорании топлива и обеспечивать его транспортировку посредством жидкого теплоносителя – воды или антифриза.

Печи с водяным контуром делятся на 2 вида:

Кирпичные печи возводятся самостоятельно или с привлечением специалистов. Металлические печи производятся из стали или чугуна, могут сооружаться самостоятельно, но для этого требуются профессиональные навыки электросварщика. Причем модели промышленного производства обладают лучшими характеристиками по сравнению с самодельными – они выполняются из жаропрочных сталей, тщательно рассчитываются проектировщиками.

Кирпичные печи разогреваются большее количество времени, но и отдают тепло в течение продолжительного промежутка времени. По сути своей кирпичная кладка частично выполняет функции теплоаккумулятора.

Теплообменные аппараты для водяных контуров печей выполняются обычно из стали. Теплообменники обладают большим разнообразием форм и размеров, отличаются по месту размещения. По форме это могут быть прямоугольные емкости, соединенные круглыми или профильными трубами, змеевики, регистры и так далее. Толщина стали для их изготовления составляет не менее 3 – 5 мм.

В кирпичных печах теплообменники размещают чаще всего в топках. При этом не рекомендуется размещать аппараты в зонах, непосредственно обтекаемых пламенем, особенно в печах с использованием угля в качестве топлива. Температура в этих зонах достигает крупных значений и срок службы металла значительно сократится. Размещают теплообменники в краевых зонах пламени и по пути движения раскаленных продуктов сгорания.

В металлических печах теплообменники зачастую выполняются в виде водяных «рубашек», опоясывающих топочное пространство камеры сгорания. По сути своей печи с водяным контуром являются аналогом твердотопливного котла.

Теплообменники оборудуются резьбовыми патрубками для присоединения трубопроводов системы отопления. Дымоудаление осуществляется с помощью естественной тяги, то есть требуется сооружение дымовой трубы. Регулирование количества воздуха, подаваемого на горение, производится шибером дымохода и заслонкой на заборе воздуха.

Кроме водяных контуров отопления печи могут оборудоваться дополнительными элементами:

1. Дверца с огнеупорным стеклом – создается печь-камин;
2. Бак приготовления горячей воды;
3. Варочная плита;
4. Духовой шкаф.

С увеличением числа опций увеличиваются габариты и вес печи, возрастает стоимость. Некоторые модели печей заводского изготовления оснащаются ТЭНами, встраиваемыми в теплообменник (с возможностью снятия и замены). Обычно они не могут полностью покрыть всю тепловую мощность печи и служат дополнительным или резервным источником тепла.

Схемы систем отопления для печи

Схемы систем отопления для печи с водяным контуром делят на 3 типа:

Открытая система реализует в своей работе естественную циркуляцию теплоносителя – за счет разницы плотностей холодной и горячей воды. Сооружается она по классическому принципу – от печи поднимается разгонный вертикальный стояк высотой не менее 2,5 метров. На верхней точке стояка устанавливается расширительный бак открытого типа.

Схема открытой системы отопления печи с водяным контуром

Далее трубопровод с уклоном не менее 2 мм на 1 метр направляется к приборам отопления – радиаторам. Обвязка радиаторов выполняется обычно по однотрубной схеме, реже – по двухтрубной. При этом диаметр трубопроводов должен быть не менее 32 мм, диаметр вертикального разгонного коллектора – от 50 мм. Рекомендуемый материал трубопроводов – сталь, причем в зоне обвязки печи – только сталь или медь.

Закрытая система подразумевает установку обязательных элементов – циркуляционного насоса, мембранного расширительного бака и группы безопасности. Группа безопасности состоит из предохранительного сбросного клапана, термоманометра (или простого манометра), воздухоотводчика.

Схема закрытой системы отопления печи с водяным контуром

Кроме этого, в закрытой системе отопления появляется возможность установки теплоаккумулятора. Это устройство качественно повышает общий КПД системы, выравнивает тепловой режим, аккумулирует тепло при циклическом режиме работы печи.

В закрытой системе обвязку печи также рекомендуется выполнять из стальных или медных трубопроводов. Обвязку радиаторов зачастую выполняют из полимеров – стабилизированного полипропилена, металлопластика. Диаметр труб при этом меньше, чем в системе с гравитационной циркуляцией и составляет 20 – 25 мм. Обвязка радиаторов производится по однотрубной или двухтрубной схеме.

Такая система может работать как при наличии электричества (по закрытому принципу), так и при его отсутствии (открытая схема). Более подробно об этой схеме можно прочитать тут.

Во всех случаях системы отопления оборудуются кранами для слива теплоносителя, особенно это актуально для домов с непостоянным пребыванием людей. При отрицательных температурах воду рекомендуется слить. Другой вариант – использовать в качестве теплоносителя незамерзающие жидкости – антифризы.

Достоинства и недостатки водяной печи отопления

Водяные печи отопления обладают следующими достоинствами:

1. Полная энергонезависимость – для открытой и комбинированной схемы;
2. Повышенный КПД по сравнению с традиционными печами;
3. Привлекательный внешний вид заводских моделей, оригинальная конфигурация в качестве камина;
4. Более равномерное распределение тепла по отдельным помещением посредством жидкого теплоносителя;
5. Многофункциональность – возможность приготовления пищи, нагрева воды.

Наряду с преимуществами печи водяного отопления имеют весомые недостатки:

1. Ручное обслуживание печи – загрузка топлива, чистка от золы и сажи;
2. Циклический режим работы, при этом практически отсутствует регулировка температурного режима;
3. Высокая пожароопасность;
4. Возможность попадания в помещения угарного газа;
5. Крупные габариты кирпичных печей, необходимость сооружения фундамента;
6. Наличие горячих поверхностей у металлических печей.

Выбор печи с водяным контуром

Выбор печи с водяным контуром имеет свои особенности. Здесь мы опустим вопрос расчета и сооружения кирпичной печи с теплообменником – выполнить самостоятельно весь комплекс довольно проблематично, лучшим решением будет приглашение специалистов в этой сфере. Причем строительство кирпичной печи рекомендуется изначально с теплообменником – с нуля, потому что встроить потом теплообменный аппарат не просто – это проблематично в монтаже, может внести изменения в технические и тепловые характеристики самой печи.

Что касается металлических печей, то здесь лучше обратиться к изделиям промышленного производства. Они обладают более привлекательным внешним видом, изготовлены из качественных материалов, в любом случае имеют больший КПД по сравнению с самодельными.

Тепловая мощность заводских изделий указана в паспортах оборудования. Здесь нужно обратить внимание на разделение мощности. Суммарная мощность делится на 2 части – производительность теплообменника и конвективно-лучевая мощность корпуса печи. Например, для печи мощностью 20 кВт она может составлять 12 кВт для корпуса и 8 кВт для теплообменника.

От разделения мощности зависит будущая конфигурация системы отопления – размещение печи, мощность и количество радиаторов. При этом печь выступает мощным отопительным прибором и размещается обычно в самом большом помещении. Мощность теплообменника распределяется по отдельным приборам отопления.

Печи с водяным контуром – рациональное решение по улучшению характеристик классической печи. Модернизация позволяет более качественно отапливать помещения, снизить потребление топлива. Выбор и установка этого оборудования зависят от желания владельца частного дома, доступности и стоимости топлива, требуемого функционала и режима работы оборудования.

Кирпичная печь с водяным контуром для отопления дома своими руками

Всеобщая газификация и развитие технологий, казалось, должны были изжить печи, как средство отопления дома. Но высокая стоимость подвода газа, оборудования и монтажа, дали новую жизнь печному отоплению.

Дров в России много, технологии отопления существенно модернизировались. Для экономии средств, разумным решением является строительство кирпичной печи с водяным контуром для отопления, своими руками.

Принцип работы

Кроме печи, нагревательным элементом системы с водяным контуром, является теплообменник, который встраивается в топку или дымоход. Вода, проходящая через регистр, нагревается, а затем поступает в трубы и радиаторы, отдавая тепло. За счет разницы температур на входе и выходе из теплообменника жидкость циркулирует в контуре.

Для оптимальной работы в систему встраивают циркулярный насос, который позволяет более равномерно распределить нагретую жидкость по трубам.

Водяной контур необходимо отпрессовать и удалить воздух. Нагреваясь, вода увеличивается в объеме и чтобы система не взорвалась необходимо предусмотреть расширительный бочок. При использовании контура закрытого типа, резервуар может быть в любом месте, в открытой системе расширительный бочок устанавливается максимально высоко.

Для стравливания давления в системе, в ней должен быть предусмотрен автоматический воздухоотводчик для выпуска лишних газов из теплоносителя и предохранительный клапан. Устройства можно объединить в комплекс безопасности, включив в нее манометр.

Таким образом, если включить в систему обогрева дома печь длительного горения на дровах из кирпича с водяным контуром можно существенно сэкономить на отоплении.

Преимущества и недостатки

Конструкции со встроенным теплообменником имеют массу преимуществ:

• Система энергоэффективна и экономична. Кирпичная кладка не потребует серьезных финансовых вложений, затраты на трубы и радиаторы будут в любом случае, а теплообменник на порядок дешевле готовых котлов. При эксплуатации печи, затраты на обогрев дома составят несколько тысяч рублей на закупку дров за зимний период.
• Дизайн кирпичной печи скрывает неказистые элементы, при желании в систему можно добавит камин или декор.
• Обогрев помещения не зависит от местонахождения конструкции, радиаторы устанавливаются в любом месте
• Кирпичная печь остывает долго, водный контур будет горячим еще несколько часов после прогорания дров.

Некоторые издания к плюсам системы водяного контура относят возможность его установки в уже готовую печь, что в принципе возможно, но на практике такой вариант связан с большим количеством проблем, которые предстоит решить.

Разборка и последующая сборка печи самое необходимое, что придется сделать. Цена исправления неправильно установленного регистра сопоставима со стоимостью новой печки, поэтому за такими работами обращайтесь к профессионалам.

Недостаток такой конструкции является продолжением её достоинств, чтобы самому сделать печь с теплообменников необходим опыт, как в кладке кирпичей, так и в монтаже систем отопления. Если опыт приходит с годами и количеством изученного материала, то при строительстве печи с водяным контуром следует учитывать её недостатки:

• Очаг является пожароопасным элементом, необходимо позаботиться о мерах препятствующих попаданию огня на легковоспламеняемые предметы;
• Печь занимает значительную площадь дома, проектируйте комнаты заранее, включите большой обогревательный в дизайн помещения;
• Около печки температура будет всегда выше, чем в остальном помещении;
• Процесс нагрева печи нельзя мгновенно остановить. Если используете систему с закрытым контуром и циркулярным насосом, отключение электричества (даже кратковременное на несколько минут) и остановка насоса приведут к закипанию воды в теплообменнике. Чтобы этого избежать предусмотрите комбинированную систему движения воды в контуре.
• При нерегулярном использовании системы отопления воду из неё необходимо сливать, что ведет к преждевременному износу всей конструкции. В противном случае вода замерзнет, что приведет к разрушению всего комплекса устройств.
• Нельзя разжигать печь без воды в контуре. Это приведет к разрушению регистра и реконструкции печи, чтобы использовать печь в летнее время, не «включая» батарее применяют оригинальные конструкции установки теплообменников.
• Существует риск отравления угарным газом, как и при использовании всех твердотопливных средств отопления, особое внимание необходимо уделить правильному изготовлению дымохода.

Сделать в доме отопительную систему на основе печи с теплообменником и батареями – экономически выгодное решение, но к проектировке и строительству необходимо подходить грамотно, учитывая все нюансы работ.

Этапы работ

Создание отопительной конструкции с водяным контуром состоит из нескольких этапов:

1. Проект системы, определение местоположения печи, труб и радиаторов, расчет мощности теплообменника.
2. Изготовление (покупка) регистра.
3. Кладка печи с одновременным встраиванием теплообменника.
4. Монтаж водяного контура, включая, трубы, радиаторы, систему безопасности.
5. Проверка системы.

На некоторых стадиях строительства остановимся подробнее.

Про теплообменник

При сооружении печи из кирпича с котлом водяного отопления своими руками следует учитывать множество факторов и рассчитывать проект в комплексе. Любой вид материалов и конструкций имеют свои достоинства и недостатки.

Смонтировать регистр с водой в печь можно несколькими способами:

• Внутри очага;
• В дымоходе;
• В теле печи, рядом с очагом.

В зависимости от места расположения, выбирают материал для теплообменника и его форму:

• Медные – эффективные, благодаря высокой теплопроводности металла, но из-за низкой температуры плавления меди, необходимо постоянная циркуляция воды в системе;
• Стальные – для котлов применяются жаропрочную сталь с толщиной стенки 4-5 мм. Для долгой службы стальных конструкций воду из них сливать не рекомендуется.
• Нержавеющая сталь – дорогой, но наиболее подходящий материал для котла. К недостаткам можно отнести только трудоемкость изготовления.

При выборе вида материала и места установки теплообменника стоит помнить, что расположив водяной контур в очаге, в летнее время вся система будет нагреваться, чтобы этого избежать придется выводить отдельные батареи для снятия лишнего тепла.

При установке теплообменника в дымоходе, в конструкцию печи вносят дополнительные заслонки, которые не нагревают котел во время летней эксплуатации печи. При этом следует учитывать, что теплообменник должен быть большего объема, чем при встраивании его в очаг. Кроме этого, котел не должен снижать пропускную способность дымовых каналов.

Расчет мощности и размеров

Для нормального обогрева помещения необходимо правильно рассчитать площадь регистра и его мощность. Для кирпичной печи достаточно приблизительного расчета, точный сделать невозможно, из-за множества факторов и переменных.

Из практики известно, что для отопления 10 м 2 помещения требуется 1-1,5 кВт энергии. С одного квадратного метра теплообменника можно получить 5-10 кВт. Чтобы определить мощность регистра более точно, необходимо учесть:

• Месторасположения змеевика в печи;
• Вид топлива – дрова, уголь. При сжигании, дрова дают меньше тепловой энергии.
• Примерную температуру в очаге и месте расположения теплообменника;
• Среднюю температуру воды во всем контуре;
• Коэффициент теплоотдачи материала, из которого сделан змеевик.

По мере сгорания топлива, мощность теплообменника будет снижаться, поэтому рассчитанную площадь змеевика лучше увеличить на 10-15%.

Сооружение отопительно-варочной печи с водяным контуром своими руками

Сделать печное отопление в частном доме можно самостоятельно, главное внимательно ознакомиться с рекомендациями и внимательно и последовательно осуществлять все виды работ. В-первую очередь следует выбрать подходящий вариант, печь может быть с варочной поверхностью, камином, лежанкой и сушилкой. Всё зависит от размеров помещения и функционала.

Расходные материалы

Для изготовления конструкции, без учета дымохода и фундамента, потребуется:

1. Кирпич красный полнотелый – 710 шт.
2. Кирпич шамотный огнеупорный – 71 шт.
3. Топочная дверца 210х250 – 1 шт.
4. Поддувальная дверца 140х250 – 1 шт.
5. Дверца зольника 140х140 – 7 шт.
6. Колосниковая решетка 250х300 – 2 шт.
7. Чугунная варочная поверхность 710х410 – 1 шт.
8. Теплообменник стальной 750х500х350 – 1 шт.
9. Задвижка печная 130х250 – 1 шт.
10. Задвижка для варочной камеры 130х130 – 1 шт.
11. Полоса стальная 50х5х400 – 1 шт, 50х5х980 – 3 шт.
12. Стальной уголок 50х50х980 стенка 5 – 2 шт.
13. Предтопочный лист 500х1000.

к содержанию ↑

Схема и размеры будущей печи

Характеристики отопительной-варочной конструкции с регистром:

• Габариты печи длина/ширина/ высота 1020х1160х2380мм
• Размер теплообменника 750х500х350 мм, материал – листовая сталь, стенка 5 мм внутри очага, внешняя – 3 мм.
• Мощность регистра – 5,5 кВт при закладке дров 2 раза в сутки, что хватает для обогрева 60 м 2 , мощность может быть увеличена при активной эксплуатации до 18 кВт при использовании принудительной циркуляции обогреваемая площадь достигает 200 м 2 .

1. Общий вид.
2. В разрезе.
3. В разрезе с другой стороны.

к содержанию ↑

Описание кладки печи с водяным контуром

Работы необходимо начинать с изготовления фундамента, затем подготовить необходимые материалы, как для сооружения печи, так и для системы водного контура.

Важно! Теплообменник необходимо опрессовать до монтажа.

В соответствии с порядовкой отопительной печи с водяным контуром осуществляется кладка и монтаж приборов.

Схема кладки печи с водяным котлом отопления:

1. Выкладывается первый ряд кирпичей, важно не допустить перекосов, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. Кладка должны быть прямоугольной, в дальнейшем это повлияет на всю конструкцию.
2. Второй ряд начинает формировать зольную часть, устанавливается поддувальная дверца 140х250.
3. Третий ряд по схеме (повтор).
4. Четвертый ряд формирует очаг, для которого используется шамотный кирпич, для установки колосниковой решетки в кирпичах делаются пазы. Решетка устанавливается с зазором 5 мм, потом устанавливается котел (водяной контур).
5. Пятый ряд кладется с зазором 5-6 мм от котла, за теплообменником остается свободное пространство. Устанавливаются две дверцы зольника.
6. Устанавливается дверца топки и шестой ряд кирпичей, горизонтальный и задний канал разделяются. Для лучшей тяги на пятом ряду каналы должны быть объединены.
7. Ряды 7,8 выкладываются по схеме, желтым цветом обозначен шамотный кирпич.
8. —
9. На девятом ряду около трубы выпуска необходимо оставить зазор. Две половинки шамотного кирпича над дверцей срезаются. Горизонтальный канал делится на две части. На этом же ряду устанавливается срезанный наискосок ¾ шамотный кирпич.
10. На десятом ряду кирпичи ложатся перпендикулярно, пространство над теплообменником уменьшается.
11. На одиннадцатом ряду кладки с торцов печи выполняется во внутрь, делаются пазы для варочной поверхности. Монтаж чугунной варочной поверхности, зазоры должны составлять 5 мм и стального уголка.
12. Формируется варочная камера (12 ряд).
13. 13 ряд по схеме.
14. На 14-м ряду устанавливается зольная дверца, канал увеличивается на всю длину.
15. 15 ряд аналогично с учетом перевязки швов.
16. на 16-м ряду перекрывается варочная камера с помощью уголка и стальной полосы 50х5х980.
17. на 17-м ряду завершается перекрытие варочной камеры.
18. на 18-м ряду необходимо установить две стальные полосы 50*5*980. Кладка как на схеме.
19. 19 ряд перекрывает варочный купол, в полкирпича остается отверстие для вытяжки, в соседних кирпичах делают пазы для задвижки. Устанавливается задвижка 130х130.
20. 20 ряд – основание верхних газоходов, одновременно ставятся четыре зольных дверцы.
21. 21 и 22 ряд продолжают формирование перегородок.
22. —
23. На 23 ряду выкладывается 4 канала. Левый нижний основной.
24. Ряды 24, 25, 26, 27, 28, 29 согласно схеме (они повторяются, в перевязку).
25. —
26. —
27. —
28. —
29. —
30. 30-тый ряд начинает объединять дымоходы, кроме основного.
31. —
32. —
33. 33 ряд. Перекрывается печь.
34. На 34-м ряду – второй слой перекрытия, подготавливаются пазы для дымовой задвижки. Устанавливается дымовая задвижка.
35. 35 ряд завершает кладку печи и является основанием дымовой трубы.

Дымоход изготавливается индивидуально, в зависимости от этажности и типа перекрытия. На готовую печь сооружается дымоход, подключается система водяного контура.

Вывод

Для отопления дома печь с водным контуром является наиболее экономичным вариантом, однако для полноценного использования горячей воды, необходимо добавить в систему теплоаккумулятор, что влечет дополнительные расходы.