Устройство печи для дома с водяным контуром для отопления своими руками

Пожалуй, для студеной России печное отопление является настоящей классикой. Жаль, что в последнее время его рассматривают только в качестве альтернативы центральному, газовому или электрическому отоплению. А ведь хорошая печь, оснащенная водяным отопительным контуром, обеспечит жителей дома не только уютным теплом, но также и горячей водой для различных нужд.

Оглавление:

Дровяные печи для отопления дома: преимущества и недостатки
Печь с водяным контуром: преимущества
Отопительная печь с водяным контуром: принцип работы
Печь с водяным отоплением: конструкция
Водяная отопительная печь: расчет размеров и мощности теплообменника
Устройство печи с водяным отоплением: используемые материалы
Кирпичные печи с водяным отоплением: конструкция
Монтаж отопительных водяных печей
Печь-камин с водяным контуром: эксплуатация
Печь с водяным отоплением: недостатки

Дровяные печи для отопления дома: преимущества и недостатки

Традиционный камин или обычная печь нагревают воздух в помещении с помощью конвекционного и радиационного теплообмена. Толстые печные стенки отдают тепловую энергию окружающей среде, нагревая и предметы обстановки и воздух в помещении. Постепенно место холодного воздуха занимает теплый.

Печное отопление имеет массу неоспоримых достоинств:

из всех видов теплообмена, радиационный является особенно комфортным. Это единственный способ теплообмена, в котором не участвует непосредственно теплоноситель;
не нуждается в наличии газовых и электрических коммуникаций. Требуемое для отопления топливо вполне доступно, достаточно дешево, экологически безвредно;
в теплое время года габаритная каменная печь осуществляет своеобразное кондиционирование помещения. Имея свой собственный фундамент, с его помощью она может выводить в грунт лишнее тепло;
большая часть печей способна выполнять разные функции – отопление помещения, готовка еды, нагрев воды;
камин или печь создают в жилище особо теплую и уютную атмосферу, часто определяя общий стиль дома;

Но, наряду с достоинствами, отопление печью имеет и некоторые недостатки:

инерционность – любая кирпичная печка нуждается в определенном количестве времени для выхода в рабочий режим и хорошего разогрева. Но чугунные изделия, печи-камины, булерьяны и буржуйки от данного недостатка избавлены;
размеры – греющая мощность печи прямо связана с ее величиной;
низкий КПД, объясняемый большими потерями тепла. Много тепловой энергии улетучивается с дымом в трубу;
неравномерное распределение температуры в жилище. Холодный воздух в комнате постепенно заменяется теплым, но не достаточно равномерно. Возле печи обычно бывает слишком жарко, а на расстоянии от нее может быть довольно прохладно;
печью можно обогреть только прилегающее к ней помещение, поэтому в удаленных от нее комнатах необходимо дополнительное отапливающее устройство;
устройство требует фактически постоянного обслуживания: необходимо периодически подбрасывать в нее топливо, поддерживать активное горение, чистить дымоходы и зольники от мусора и сажи, контролировать и регулировать тягу;
сложность обслуживания – процессом горения необходимо управлять, это достаточно ответственная задача;
наличие отличной тяги – она просто необходима для процесса горения и своевременного удаления газовых отходов;
обеспечение топливом – запас топлива должен постоянно возобновляться. Зола и шлак должны удаляться;
пожароопасность – чтобы обезопасить отопительное устройство, необходимо тщательно изолировать дымоходы. Особенно это касается строений из дерева. Еще один фактор повышенной опасности – невозможность моментального прекращения горения.

Печь с водяным контуром: преимущества

Одна обычная печь не может обеспечить одинаковый нагрев всех имеющихся в жилище помещений.

В современных каминах и печах данный недостаток частично устранен: устраивается специальная конвекционная камера, соединенная с системой воздуховодов. Исходящий от нагретой печи поток горячего воздуха направляется не куда попало – его перемещение по трубам регулируется решетками, задвижками, заслонками и прочими приспособлениями.

Но эти каналы достаточно громоздки, занимают нужное полезное пространство. Чем больше их длина и число поворотов, тем более высоки возможные потери тепла. Воздуховоды нуждаются в контроле и регулярном обслуживании, чистке от копоти, пыли и сажи. У воздуха очень низкая собственная теплоемкость, поэтому чтобы согреть удаленное от источника тепла помещение, нужна принудительная вентиляция.

По этой причине вода во многом предпочтительней воздуха в роли теплоносителя. Нагретая жидкость прекрасно транспортируется по нетолстым трубам, и способна на значительное расстояние переносить тепло. К тому же, это совершенно безвредное, нетоксичное, негорючее, химически нейтральное и абсолютно доступное вещество.

Отопительная печь с водяным контуром: принцип работы

Отопительный водяной контур имеет довольно простой принцип работы. Вода, являющаяся теплоносителем, нагревается при сгорании топлива, затем движется по трубам, неся и отдавая тепло, поднимая тем самым температуру окружающего воздуха.

Прообразом большинства современных дровяных печей и твердотопливных котлов является знакомая многим печь «шведка». В ее конструкции имеется встроенный резервуар из металла, наполняемый водой перед растопкой и закладкой топлива. Конечно, вода в процессе сгорания топлива греется достаточно долго.

Но ведь такое же длительное время она и излучает в пространство тепло: даже спустя значительное время после окончания топки и погасания пламени. Со временем емкость постепенно преобразовалась в теплообменник, благодаря чему для горячего водоснабжения и отопления жилища стала использоваться система магистралей.

Печь с водяным отоплением: конструкция

Обязательным элементом любой отопительной печи с водяным контуром считается теплообменник, по-другому называемый котлом, змеевиком или радиатором. Такое устройство способно достаточно быстро нагревать довольно значительные объемы воды. Форма бака и его размеры зависят от габаритов топочной камеры: они могут варьировать весьма значительно.

В отдельных моделях отопительных печей такой теплообменник может быть размещен в топке, но такой метод чреват возможностью протечки воды, а в худшем случае взрывом при перегреве воды и образовании большого количества пара. К тому же, использование такого способа сокращает полезный объем топочной камеры.

Гораздо удобнее и безопаснее встраивать змеевик в колпак дымохода. При таком устройстве значительная часть поднимающегося из топки раскаленного воздуха будет греть теплоноситель, а не выбрасываться через трубу в атмосферу.

Водяная отопительная печь: расчет размеров и мощности теплообменника

Самостоятельное осуществление всех необходимых расчетов по размеру и мощности теплообменника представляет собой достаточно сложную задачу для неспециалистов. Но сделать приблизительную прикидку обычно вполне удается своими силами.

Опыт показывает, что для десяти квадратов площади дома (с высотой потолка 2,5-2,7 метра) необходимо 1-1,2 кВт отопительной мощности.

Обычная домашняя дровяная печь за час регенерирует около 6,5 тыс. кКал, вполне достаточных для обогрева средних размеров дачного дома. Одно только присутствие водяного контура вдвое увеличивает показатели комфортности. Сначала необходимо выполнить расчет теплопотерь, после чего можно переходить к определению мощности непосредственно теплообменника.

Показатели теплосъема с одного квадратного метра его S (площади) колеблются от пяти до десяти кВт. В основе нахождения требуемой мощности и лежит это положение. Нет необходимости самим овладевать сложными формулами. Намного удобнее обратиться к профессионалам, которые по имеющимся таблицам определят оптимальные габариты теплообменника для печи заказчика. Причем сделают это в строгом соответствии с параметрами постройки и имеющейся в ней отопительной системой.

Устройство печи с водяным отоплением: используемые материалы

Перед тем, как приступить к выбору конструкции будущего теплообменника нашей печи, необходимо определиться с материалом для его изготовления. Могут быть использованы различные варианты.

Чугун. Радиаторы из данного материала чрезвычайно устойчивы к образованию коррозии, но они имеют некоторую хрупкость. Вероятные температурные деформации, образующиеся при нагреве и остывании, могут стать причиной появления дефектов и трещин, ведущих к порчи самого регистра (теплообменника).
Медь. Этот материал обладает одним из лучших показателей теплопроводности, поэтому змеевик из него должен быть весьма эффективен. Но его t плавления составляет всего 1083 градуса, а в топке при возникновении внештатной ситуации она вполне может достичь полных 1200 градусов. Именно по этой причине для топливника печи категорически запрещается использовать медь. Кроме того, при охлаждении такого контура может образовываться конденсат, в котором присутствуют агрессивные химические вещества. Они могут стать причиной образования коррозии.
Сталь. Замечательный материал, вполне доступный и легкообрабатываемый. Для изготовления змеевиком лучше всего использовать жаропрочную сталь три-пять сантиметров толщиной, в виде специальных бесшовных труб. Желательно обеспечивать системе такой режим горения, при котором будет образовываться минимальное количество конденсата. Теплоноситель нельзя сливать, так как изделия, выполненные из стали, весьма подвержены коррозии.
Сталь жаростойкая нержавеющая. Лучший материал для радиатора, но в то же время и самый дорогостоящий.

Оптимально подходящая для изготовления змеевика сталь — AISI 304. Для работы с ней потребуется аргоновая сварка и лазерная резка для металла.

Кирпичные печи с водяным отоплением: конструкция

В зависимости от используемых материалов, теплообменник может изготавливаться из металлических листов, прямоугольных профильных или круглых труб, или из их сочетаний. Способ установки и место расположения этого элемента будет зависеть от его формы.

Изделие из листовой стали. Такое устройство можно поместить в топочную камеру, то есть в самое жаркое место. Для его изготовления потребуются толстые листы стали (3-4 мм) и трубы для подключения магистралей (40-50 мм) – обратной и подающей. Чтобы не образовывались опасные паровые пробки, подающая воду труба должна находиться в верхней точке змеевика. Проникновение в систему отопления паровой пробки может стать причиной гидроудара, способного вызвать разрушение радиаторов и труб. Внутренний зазор в теплообменнике должен составлять не меньше 30 мм, чтобы вода в нем не закипела.
Изделие из труб. Для его изготовление понадобятся профильные прямоугольные трубы 6?6 или 4?6 см, или круглые 4?5 см диаметром. Его можно расположить в топке, при условии, что он не содержит меди. Вообще решение о его расположении зависит от устройства печи. Необходимо предусмотреть, чтобы оно не загораживало дымооборотные каналы, дверцу для добавления топлива и колосники. В отопительно-варочной печи трубы теплообменника должны быть проложены по бокам стенок топочной камеры.
Регистр трубчатый плоский. Такие устройства обычно монтируют в колпаке печи или в дымооборотных каналах, где условия более мягкие, и при них радиатор сможет прослужить дольше, чем непосредственно в топке. Они имеют значительные размеры, и находятся в местах с низким теплосъемом. Параметры конструкции должны быть заранее просчитаны, чтобы для выхода газов и дыма не было никаких препятствий.

Монтаж отопительных водяных печей

Теплообменник должен быть установлен исключительно в печь, предназначенную для данной модели. Инструкции подтверждают важность соблюдение имеющихся правил и необходимость участия в монтаже печника профессионала.

После изготовления теплообменник дважды опрессовывают: до помещения в печь и после;
Змеевик необходимо установить непосредственно после изготовления печного фундамента, а затем уже приступают к кладке;
Крайне не желательно теплообменник вмуровывать в саму каменную кладку. Между стенками и этим элементом необходим зазор в один-полтора сантиметра: он будет компенсировать расширение при нагреве.
Зазор при монтаже труб должен иметь размер около 5 мм: он заполняется каким-то жаропрочным уплотнителем, например, асбестовым шнуром.
На выходе отрезок трубы должен быть не короче 10-15 сантиметров. В случае повреждения резьбы будет возможность сделать новую.
Для соединения теплообменика и отопительных труб применяется особый жаропрочный уплотнитель.
Реконструкцией печи и установкой водяного контура занимается исключительно специалист.

Печь-камин с водяным контуром: эксплуатация

Чтобы отопительная система работала бесперебойно и без аварий, важно соблюдать необходимые правила эксплуатации:

Нельзя отключать теплообменник (во время работы печи) от системы отопления. Нагреваясь, вода сильно расширяется, и повышенное давление в системе может стать причиной взрыва.
Нельзя эксплуатировать печь, теплообменник которой не заполнен. Он может быстро прогореть.
Не рекомендуется подавать в нагретый теплообменник ледяную воду. Деформация от перепадов температуры может повредить устройство.
Чтобы повысить рабочую эффективность систему, используют специальный циркуляционный нанос.
В контуре водяной печи при необходимости применяют антифризы.
Обязательный кран для слива воды монтируют обычно в нижней точке системы отопления.

Печь с водяным отоплением: недостатки

Имеются ли какие-то недостатки у подобной отопительной системы дома?

Они есть, и связаны они, главным образом, с особенностями и свойствами воды, то есть используемого теплоносителя. Превращаясь в лед при нуле градусов, максимального объема вещество достигает при -4°С.

Такое расширение замороженной воды в трубах может стать причиной их разрыва. Чтобы этого не случилось, в холодное время желательно заливать в систему специальный антифриз. Или же сливать воду из системы в сильные морозы, если она даже временно не эксплуатируется. Строгое следование правилам эксплуатации домашней водяной печи избавить вас от возможных ошибок, и поможет нейтрализовать недостатки.