Для обогрева частных домов применяются газом и электричеством связанные способы. Однако множество современных методов не уменьшает актуальности печи для загородных домов и дач.
Печь на дровах ярко выделяет колорит русской избы, к тому же твердотопливное отопление признаётся одним из экономичных.
Начало организации системы отопления предполагает выбор оборудования для печки и определение типа контура отопления. Предлагаем рассмотреть устройство и принципы работы водяного и воздушного отопления, основанного на печи. Для более полного понимания темы материал дополнен схемами и иллюстрациями.
Отопление с помощью воздушной системы
Постоянное предпочтение печного отопления со стороны хозяев частных домов обусловлено экономичности эксплуатации — обеспеченности дровами, топливными брикетами или углем.
Ограниченность обрабатываемого пространства – недостаток, устранимый устройством водяной и воздушной систем на базе кирпичного агрегата.
Фотографии демонстрируют особенности конструкции отопительных систем в малоэтажных домах с печами.
Принцип функционирования воздушного отопления Передача тепла от печи или камина происходит посредством нагретого до заданной температуры потока в теплообменнике или котле. Воздух может подаваться непосредственно в помещение или с помощью воздуховодов.
Из-за малого расстояния тепло не успевает остыть, что обеспечивает равномерный нагрев всего дома.
Над топкой устанавливают камеру для нагрева воздуха, которая получает тепло от горячей поверхности топки и дымохода. Воздух циркулирует естественным путем или при помощи вентиляторов.
Естественный процесс циркуляции обусловлен разницей плотности нагретого и охлажденного воздуха. Поступающий в нагревательную камеру холодный воздух сдвигает горячий воздух в воздуховоды.
Этот метод не зависит от электричества, но при медленной циркуляции воздуха в нагревательной камере возможны перегрев и проблемы.
Принудительная циркуляция реализуется с помощью вентиляторов или насосов. Тем не менее, нагрев помещений происходит быстрее и равномернее. При регулировке режима принудительной вентиляции легко управлять объемом подаваемого воздуха в разные помещения, тем самым определяя микроклимат отдельных комнат дома.
По способу подачи холодного воздуха системы подразделяют на два типа.
- С полной рециркуляцией. В помещении происходит смена тёплых и холодных масс воздуха. Недостаток этой системы — снижение качества воздуха после каждого цикла нагрева и охлаждения.
- С частичной рекультивацией. С улицы берётся часть свежего воздуха и смешивают его с воздухом из помещения. Затем нагретую смесь подают потребителю.
Плюсом является стабильное качество воздуха, минусом – зависимость от энергии.
К первой группе принадлежат канальные системы с естественной циркуляцией воздуха. Вторую группу составляют системы с принудительной вентиляцией, где организация сети воздуховодов не требуется.
Преимущества системы воздушного отопления перед водяной.
- высокий КПД;
- безаварийность;
- отсутствие радиаторов в помещениях.
Контур с принудительным движением исключает необходимость в системе воздуховодов. Его можно комбинировать с кондиционированием, увлажнением и ионизацией воздуха.
В отсутствии установки устройства, регулирующего перемещение горячего воздуха, повышение эффективности печи достигается следующими методами:
Увеличение коэффициента полезного действия приводит к повышению скорости воздушного потока: более быстрый нагрев воздуха ускоряет процесс замены охлажденной воздушной массы на нагретую.
Недостатки воздушного отопления по сравнению с водяным.
- Использование печи позволяет изменять температуру поступающего воздуха в широком диапазоне, что не характерно для других видов обогрева.
- Из-за большого диаметра воздуховодов монтаж выполняют на стадии возведения здания.
- Лучше разместить печь в подвале, иначе потребуется использовать вентиляторы, что создаст шума.
Воздушный поток внутри помещения поднимает пыль, но применение фильтров на выходе из воздуховодов эффективно улавливает её, сокращая общую пыль в доме.
Скорость передачи тепла — ещё одна особенность воздушного отопления, обладающая как положительными, так и отрицательными сторонами. С одной стороны, помещения нагреваются быстрее, чем при водяном отоплении. С другой стороны, отсутствует тепловая инерция: сразу же после того, как гаснет печь или камин, помещение начинает остывать.
Установка системы воздушного отопления проще водяной, так как все ее составляющие (трубы, отводы, решетки) легко соединяются без сварки. Гибкие воздуховоды могут изменять форму под нужды любой планировки комнат.
Несмотря на это, системы отопления с использованием печей или каминов пока не пользуются большой популярностью. В частном малоэтажном домостроении значительно чаще применяют водяные контуры.
Система водяного обогрева, работающая на печи.
Принципы работы любого водяного отопления Работают за счет передачи тепла от локального источника во все части помещения посредством циркуляции воды в системе отопления.
Основные элементы водяного отопления
К главным частям схемы печного отопления с водяным контуром относятся:
- печь или камин с теплообменником, в котором происходит нагрев воды;
- отопительный контур, где происходит отдача тепла в помещение;
- расширительный бак Чтобы избежать повреждения системы при повышении давления.
- циркуляционный насос для обеспечения движения воды по контуру.
Существуют общие принципы работы системы водяного отопления. схемы разводкиСуществуют широко известные правила, которым следует придерживаться. В случае применения печи в качестве нагревательного устройства действуют специфические требования, обусловленные особенностями температурного режима.
Печи долго разогреваются и медленно охлаждаются. Тепло распространяется не равномерно, поэтому для эффективного отопления дома необходимо правильно смонтировать все элементы системы.
Виды теплообменника и способы размещения
При изготовлении теплообменников для печей используют листовую сталь чёрного цвета или жаростойкую нержавеющую сталь. Использование чугуна для изготовления затруднено, однако можно применять готовые чугунные детали, например, чугунные радиаторы.
Можно использовать медь, которая проводит тепло лучше стали, но устройство будет стоить дороже. Теплообменник рекомендуется делать из стали толщиной от 3 мм. При высоких температурах печи, возникающих при использовании угля или кокса, необходима сталь толщиной 5 мм.
Теплообменники делятся на три группы.
- регистры, змеевики и радиаторы, состоящие из набора труб;
- рубашки (котлы), сваренные из листовой стали;
- комбинированный вариант Вертикальные стены, объединенные трубами, называемые «книжками».
Рубашки из листовой стали проще изготовить и очистить от продуктов сгорания топлива, но трубчатые конструкции обладают большей площадью нагрева. При изготовлении рубашки следует учитывать избыточное давление воды при использовании мембранного бака-расширителя или подъёма воды на большую высоту.
Можно изготовить теплообменник для водяного отопления на базе печки из доступных вещей.
Интересный вариант – применение чугунной батареи.
В данном случае необходима сталь толщиной минимум 5 миллиметров, а также усиление стенок ребрами жесткости для предотвращения деформации.
Трубы могут иметь разную форму, но диаметр внутренней части должен быть как минимум три сантиметра. В противном случае при низкой скорости движения жидкости или высокой температуре возможно кипение воды.
Изготовление регистров чаще всего выполняют из профильных, а не из круглых труб для упрощения процесса сварки.
Изготовить теплообменник заданного размера возможно самостоятельно. Важно обращать особое внимание на качество сварки.
В случае течи весь объем воды вытечет в печь.
Для решения проблемы понадобится выполнить значительный объем работ: разобрать печь, извлечь, заварить и вернуть на место теплообменник, после чего снова собрать печь.
Расположение теплообменника возможно в двух вариантах: первый – внутри топливника, что сокращает его объем; второй – в колпаке безоборотных печей, но сам котел при этом имеет более сложную конструкцию.
При установке трубчатого теплообменника зазор между ним и стенкой печи должен быть обязательным. Это способствует лучшему нагреву теплоносителя и возможности чистки регистра. Периодическая очистка рубашек и регистров необходима, так как сильное засорение золой снижает эффективность теплообмена.
Если есть варочная поверхность, её очищают после снятия с места. Для печи с отопительной функцией доступ к чистке осуществляется через топочную дверцу.
Циркуляция воды в отопительном контуре
Принципы организации естественного водоцикла в системе построены на имитации «разгонного коллектора» после теплообменника и поддержании постоянного уклона труб системы отопления 3-5 градусов.
Нагретая водой печь поднимает её вверх, и дальше её направляют по системе отопления.
Циркуляция обусловлена разницей удельного веса холодной и горячей воды. Холодная вода плотнее горячей и, стекая к теплообменнику, вытесняет горячую воду вверх по трубе. Вход «обратки» должен быть ниже выходов воды из радиаторов отопления, иначе циркуляция будет очень медленной или вообще невозможной.
Чтобы ускорить движение воды по системе отопления устанавливают циркуляционный насосВ результате осуществляется более быстрое и равномерное распространение тепла по зданию. Возможно одновременное применение нескольких насосов для различных систем отопления.
В случае скачков напряжения требуется применение . стабилизатор напряженияНеобходимо обеспечить работоспособность насоса, поскольку выход его из строя чреват серьёзными осложнениями для функционирования всей системы.
Насосы делятся на две группы по расположению двигателя: с сухим и мокрым ротором. По типу напряжения выделяют модели для сетей 220 В и для источника питания в 12 В.
В насосах с «сухим» ротором двигатель отделён от погружённой в воду крыльчатки уплотнительными кольцами. По сравнению с насосами с погружённым в воду двигателем «сухие» насосы обладают более высоким КПД.
К недостаткам относится высокий уровень шума, регулярное обслуживание и меньший срок службы двигателя. В частных домах обычно применяют циркуляционные насосы с «мокрым» ротором.
Тип питания насоса зависит от наличия естественной циркуляции воды в системе. При невозможности циркуляции без работы насоса предпочтение следует отдавать модели с напряжением 12В и источником бесперебойного питания.
Отключение электроснабжения может привести к закипанию воды и неисправности системы. При возможности естественной циркуляции предпочтительнее купить распространённый и недорогой вариант с питанием от сети 220 В.
Установка насоса с напряжением 220 В требует организации отопительной системы при отсутствии электричества. На трубе крепят запорный кран и обводную трубу с насосом (байпас) в ее обход.
Перед насосом на обводной трубе монтируют кран-фильтр, а после него – запорный кран. Регулируя запорные краны на основной и обводной трубах, можно переключаться между режимами принудительной и естественной циркуляции.
Как правило, насос монтируют на «обратке» рядом с печью для того, чтобы температура жидкости, проходившей через него, была минимальной. Это увеличит срок его эксплуатации.
Для оперативного реагирования на аварии важно концентрировать элементы управления системой отопления в одном месте.
Правила использования расширительного бака
При нагревании жидкость расширяется. В замкнутой системе это приводит к повышению давления, которое может стать причиной разрыва воды. Установка предохранительного клапана нежелательна, так как после охлаждения жидкости и уменьшения объема в систему поступит воздух.
В системах отопления с циркуляцией воды применяют особые устройства. расширительные бакиСуществуют баки открытого и закрытого типов. Вычисляют их объем, принимая во внимание не только возможное тепловое расширение жидкости (5-7%), но и вероятность кипения системы.
Бак открытого типа оборудован водяным контуром печного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.
Трубопровод присоединяется к днищу или нижней четверти резервуара, а на его верх приваривается патрубок для стока воды при переполнении и выхода воздуха из системы. Опыт показывает, что объем открытого типа резервуара должен быть не менее 15% от объема воды в системе отопления.
Бак закрытого или мембранного типа — это запечатанный сосуд с внутренним мембраной. Нагреваясь, вода увеличивает давление, растягивает мембрану и поступает в бак. При превышении давления срабатывает автоматика, и излишек теплоносителя направляется в канализацию.
После начального сброса чаще всего нет необходимости в его повторении, поскольку количество теплоносителя соответствует объёму системы.
Закрытый мембранный бак монтируют перед насосом. В отличие от бака открытого типа эта емкость не может самопроизвольно освобождаться от воздуха, поэтому в верхней точке контура отопления нужно установить кран Маевского (механический воздухоотводчик) или его автоматический аналог.
Лучше приобрести бак с заменой мембраны, так как это единственная деталь, которая со временем может перестать функционировать.
При приобретении бака закрытого типа, имеющего наименование гидроаккумулятор в некоторых случаях, важно отличать его от гидроаккумулятора для подачи воды.
Для мембранных баков, применяемых в отоплении, рабочая температура достигает 120 °C, а давление — 3 Бар. Для водоснабжения используются баки с температурой до 70 °C и давлением до 10 Бар.
Выбор между трубами и радиаторами
В качестве водяного контура при печном отоплении можно использовать пластиковые трубы с радиаторами (батареями) или металлические трубы. Главное преимущество радиаторов — более привлекательный внешний вид по сравнению с громоздкими воздуховодами.
Пластиковую разводку легко спрятать в пол из-за отсутствия теплоотдачи. Несмотря на это, правила предписывают открытую разводку водяного отопления. Полимерные трубы имеют ограничения: их нельзя использовать там, где есть риск оплавления и прямого воздействия УФ-лучей.
Металлические трубы обладают рядом преимуществ: низкая цена всей системы отопления, лёгкость монтажа и меньшая подверженность проблемам во время работы.
Значимым преимуществом системы с радиаторами Простота регулировки температуры позволяет скорректировать даже самые точные расчеты температурного режима. Малышу до полугода рекомендуется 19-21 градус Цельсия, а для остальных — 25 градусов.
Для поддержания температуры в комнате длительный срок нужно полностью или частично закрыть кран подачи тепла на один из радиаторов. С металлической трубой задача выполняется более сложным методом: снижение теплоотдачи участка трубы с помощью изоляции из пенополиуретана или фольгированной оболочки.
Другим типом отопительной системы может служить водяной теплый полТакой способ обогрева приятен в эксплуатации, но установка тёплого пола требует больше усилий, чем описанные выше решения.
Установка тёплого пола не позволяет создавать наклон для естественного движения воды, а небольшой диаметр труб дополнительно требует использования циркуляционного насоса.
Предотвращение перемерзания системы отопления
Вода как теплоноситель имеет один недостаток: при замерзании системы отопления может пострадать трубопровод и отопительные приборы. Ремонт в таком случае особенно сложен для теплообменника, встроенного в печь.
Актуальная для домов, которые зимой могут оставаться без отопления на продолжительное время, проблема требует решения.
Предотвратить повреждение системы можно, заменив воду антифризом, предназначенным для отопительных систем.
В домах для отопления применяют антифризы на основе пропиленгликоля, так как это вещество безвредно, в отличие от этиленгликоля.
Использование антифриза имеет некоторые недостатки.
- Пропиленгликолевый антифриз недешевый (свыше 80 рублей за литр).
- Теплоемкость антифриза ниже, чем у воды (примерно на 15%), из-за чего требуется мощная печь и увеличенная площадь нагревательных поверхностей в помещениях.
- Антифриз обладает большей динамической вязкостью по сравнению с водой, вследствие чего требуется более мощный насос для циркуляции, и естественный ток жидкости невозможен.
- При нагревании антифриз увеличивается в объеме на 40%, потому для него нужен большой закрытый расширительный бак.
- Пропиленгликоль жидкий и может проникнуть через соединения в системе отопления, где вода не проходит.
- Пропиленгликоль несовместим с оцинкованными трубами, так как при соприкосновении присадка теряет свои свойства.
- При кипении антифриза, что возможно при работе отопительных систем, наступает необратимое химическое преобразование, из-за которого всю систему потребуется полностью заменить.
Отопление с использованием антифриза нужно планировать заблаговременно – применение его в системах, рассчитанных на воду, сопряжено с трудностями.
Проект с использованием антифриза обойдется намного дороже системы водяного отопления, поэтому не получил широкого применения в частных домах для печи, а для защиты от замерзания применяют другие способы.
Выпуск воды из контура и рубашки или регистра печи — распространенное решение при длительном отсутствии владельцев дома. Вместе с дополнительными усилиями этот метод создает доступ воздуха к металлическим частям системы с внутренней стороны, что может привести к распространению коррозии.
Временно проблему решают, интегрируя в отопительный контур электрокотел малой мощности. Работа его на минимальной мощности позволяет поддерживать положительную температуру воды.
Выводы и полезное видео по теме
Система отопления для дома площадью 80 квадратных метров, основанная на печи и водяном контуре.
Подача тепла от печей и каминов в систему отопления осуществляется порционно, что осложняет расчет параметров элементов отопительного контура. Изменение контура довольно сложно, поэтому при отсутствии опыта рекомендуется обращаться к специалистам, владеющим навыками решения подобных задач.
Есть ли у вас опыт обустройства печного отопления? Может быть, именно таким способом вы отапливаете свой дом и готовы рассказать о своих впечатлениях? Присылайте комментарии и задавайте вопросы. Форма для обратной связи находится внизу страницы.