Создание печного отопления в дачном доме с водяной или воздушной схемой

Существует множество методов обогрева загородных домов, используя как газ, так и электроэнергию. Тем не менее, несмотря на наличие современных технологий, печное отопление продолжает оставаться востребованным для дач и загородных построек.

Неопровержимо, что образ русской избы невозможно представить без дровяной печи. Более того, использование твердого топлива считается одним из наиболее экономичных подходов к обогреву.

Процесс организации отопительной системы начинается с выбора печного оборудования и определения типа обогревающего контура. Давайте рассмотрим особенности и принципы работы водяного и воздушного отопления, основанного на печи. Для лучшего усвоения материала мы добавили диаграммы и фотографии.

Отопление с использованием воздушной системы

Одной из причин, по которой владельцы загородных домов отдают предпочтение печному отоплению, является его экономичность — дрова, уголь и топливные брикеты всегда доступны.

Однако основным недостатком является ограниченная площадь обогрева, которую можно устранить, установив водяную и воздушную систему на основе кирпичной печи.

Специфика обустройства отопительной системы для малоэтажных зданий представлена в нашей фотогалерее:

Галерея изображений

Печное отопление по-прежнему популярно среди частных домовладений как наиболее недорогой, независимый и доступный способ обогрева.

Главным недостатком данного метода является ограниченная зона действия — одной печью сложно или невозможно обогреть более трех соседних комнат.

Печь идеально подходит для отопления небольших дач, коттеджей с двумя-тремя комнатами и охотничьих домиков.

При проектировании необходимо размещать печь не у наружных стен, а так, чтобы она частично находилась в свободных помещениях для более эффективного обогрева.

В частных коттеджах для печного отопления могут быть использованы как традиционные русские печи, так и современные заводские модели с корпусом из стали или чугуна.

Компактные устройства с тонкими стенками занимают минимальную площадь и работают эффективно, оснащены системами управления и контроля.

Кирпичные печи делятся на модели с периодическим и непрерывным горением. Первые обеспечивают длительное время горения, в то время как вторые требуют постоянной подругания дров.

В коттеджах с двумя этажами устанавливают двухэтажные печи, которые имеют один дымоход с разделением внутри для оптимизации газоотведении из обеих секций печи.

Варианты печного отопления в индивидуальном строительстве

Пределы применения печи в загородном строительстве

Обогрев небольших дач и загородных домиков

Особенности расположения печей в малоэтажных строениях

Заводская дровяная печь

Тонкостенная печь на твердом топливе

Толстостенная русская печь для дров, угля и торфа

Двухуровневая каменная печь в частном хозяйстве

Принцип работы воздушного отопления на базе печи или камина включает в себя передачу теплого воздуха, нагретого в теплообменнике или котле. Воздух может поступать непосредственно в помещение или через специальные воздуховоды.

Благодаря короткому маршруту, тепло не успевает потеряться, что обеспечивает равномерное распределение тепла по всему дому.

Система для нагрева воздуха располагается над топкой, чтобы горячая верхняя часть и дымоход как можно больше прогревали воздух. Циркуляция воздуха может быть естественной или с использованием вентиляторов.

Стальная печь, произведенная на заводе, для обогрева помещения площадью около 120 квадратных метров и работающая на основе воздушных потоков, стоит примерно 12 000 рублей.

Естественная циркуляция воздуха достигается благодаря разнице в плотности холодного и горячего воздуха. Холодный воздух, попадая в нагревательную секцию, вытесняет более теплый воздух в воздуховоды.

Этот метод не требует электроэнергии, но при недостаточно быстром потоке воздуха в нагревателе он может сильно раскаляться, что иногда создает проблему.

Системы воздушного отопления с естественной циркуляцией требуют установки воздуховодов для направленного потока воздуха. В вариантах с принудительной циркуляцией воздух перемещается с помощью вентиляторов.

Принудительная циркуляция обеспечивает более быстрое и равномерное отопление помещений. С помощью регулировки режима вентиляции можно легко управлять объемом подаваемого воздуха в отдельные комнаты, устанавливая комфортный микроклимат.

По типу подачи холодного воздуха существуют две основные разновидности систем:

• Полная рекуперация. Нагретые воздушные потоки смешиваются с холодными в пределах одного помещения. Недостаток: качество воздуха ухудшается с каждым циклом нагрева/охлаждения.
• Частичная рекуперация. Частично забирается свежий воздух с улицы и смешивается с воздухом, находящимся в помещении. После нагрева эта смешанная порция подается в помещение. Преимущество — стабильное качество воздуха, недостаток — зависимость от энергоснабжения.

Ясно, что первая группа является канальной системой с естественной циркуляцией воздуха, тогда как вторая — вариантом с принудительным перемещением воздуха, где не обязательно устанавливать воздуховоды.

Приток свежего воздуха с улицы служит дополнительным фактором для систем с естественной циркуляцией, что позволяет обойтись без применения вентиляторов.

Среди основных преимуществ воздушного отопления по сравнению с водяным можно отметить:

• высокий коэффициент полезного действия;
• безаварийный режим;
• отсутствие радиаторов в помещениях.

Создание системы с принудительной циркуляцией позволяет избежать монтажа воздуховодов. Более того, эту систему можно обеспечить кондиционированием, увлажнением и ионизацией воздуха.

Если установка устройства для активного движения теплого воздуха не предусмотрена, увеличивать эффективность печи можно следующими способами:

Галерея изображений

Эффективность главного устройства печного отопления зависит от правильного проектирования.

Для повышения теплоотдачи в процессе строительства печей применяются дымообороты — каналы внутри конструкции, способствующие накоплению тепла.

Чтобы достичь максимальной теплоотдачи, увеличивают протяженность дымооборотов и изменяют их направление. Они могут быть вертикальными, горизонтальными, подъемными или опускными.

Для корректного отвода газов стенки дымооборотов должны быть чистыми и гладкими. Их нельзя штукатурить, чтобы избежать препятствий.

Факторы повышения эффективности печи

Методы увеличения теплоотдачи

Варианты дымооборотов печи

Правила создания дымооборотов

Увеличение коэффициента полезного действия автоматически приводит к повышению скорости движения воздушного потока: чем быстрее нагревается воздух, тем интенсивней происходит обмен охлажденной и нагретой воздушной масс.

К основным недостаткам воздушного отопления по сравнению с водяным относятся:

• при использовании печи температура подаваемого воздуха может значительно колебаться в отличие от других источников тепла;
• воздуховоды требуют большого диаметра, следовательно, монтаж нужно выполнять на стадии строительства;
• оптимальным считается расположение печи в подвальном помещении, иначе необходимо использование шумных вентиляторов.

Движение воздуха в помещении имеет и свои недостатки — поднимает пыль, но применение фильтров на выходе воздуховода поможет эффективно отсекать пыль, тем самым снижая общее количество пыли в помещении.

Еще одной особенностью воздушного отопления, обладающей как плюсом, так и минусом, является скорость передачи тепла. С одной стороны помещения обогреваются быстрее, чем с водяным контуром, а с другой — отсутствует тепловая инерция. Как только печь или камин останавливается, комната моментально начинает охлаждаться.

Для обеспечения равномерного давления в боковых ветвях воздуховода необходимо избежать их подключения в последние полметра основной трассы.

Монтаж системы воздушного отопления, в отличие от водяного, не вызывает сложностей. Все компоненты (трубы, отводы, вентиляционные решетки) легко соединяются без сварочных работ. Имеются гибкие воздуховоды, которые могут принимать любую форму в зависимости от конфигурации помещений.

Тем не менее, системы воздушного отопления на базе печей или каминов пока не получили массового применения. В большинстве случаев для обогрева помещений в индивидуальном малоэтажном строительстве отдают предпочтение водяным контурам.

На основе печи или камина с кирпичной или стальной топкой возможно устройство как воздушного, так и водяного отопления.

Системы водяного отопления на базе печи

Основные принципы работы любой системы водяного отопления основаны на распределении тепла от локального источника по всему помещению с движением воды по обогревательному контуру.

Ключевые компоненты водяного отопления

Основные элементы для схемы печного отопления с водяным контуром включают:

• печь или камин с теплообменником, где происходит нагрев воды;
• отопительный контур, который обеспечивает отдачу тепла в помещение;
• расширительный бак для предотвращения повреждений системы при повышении давления;
• циркуляционный насос для обеспечения движения воды в контуре.

Существуют определенные универсальные принципы работы водяного отопления, включая известные схемы распределения, которые должны соблюдаться. Однако, когда в качестве источника тепла используется печь, появляются специфические требования, связанные с температурным режимом.

Механизм функционирования водяного отопления, основанного на печи или камине, достаточно прост, но требуются точные расчеты для всех компонентов системы.

Печи нагреваются не очень быстро и медленно остывают, что приводит к неравномерному выделению тепла. Чтобы обеспечить эффективный обогрев помещений, важно правильно установить все элементы системы.

Типы теплообменников и их размещение

Для создания теплообменника для печей обычно используют листовую «черную» сталь или жаростойкую нержавеющую сталь. Хотя чугун сложно удовлетворить в качестве материала для производства, готовые изделия из чугуна, такие как радиаторы, могут быть использованы.

Также можно применять медь, обладающую превосходной теплопроводностью, однако стоимость такого материала достаточно высока. Рекомендуется изготовление теплообменника из стали толщиной не менее 3 мм. При высоких температурах в печи, особенно при использовании угля или кокса, потребуется сталь толщиной 5 мм.

Теплообменники можно условно классифицировать на три основные группы:

• регистры, змеевики и радиаторы, состоящие из труб;
• рубашки (котлы), сделанные из листовой стали;
• комбинированные конструкции, представленные вертикальными стенами, соединенными трубами (известные как «книжки»).

Рубашки из листовой стали проще и легче чистятся от продуктов сгорания. Тем не менее, трубчатые конструкции предлагают большую нагревающую площадь. При создании рубашек важно учитывать давление воды, возникающее при использовании мембранных расширительных баков или при подъеме воды на значительную высоту.

Можно создать теплообменник для водяного отопления на базе печи из доступных материалов:

Для организации водяного отопления при использовании печи можно установить встроенный котел или теплообменник.

Чем больше площадь, которую занимает теплообменник, тем более эффективно работает печь. Интересным вариантом использования является чугунная батарея.

Если нет возможности устанавливать крупногабаритный теплообменник, его можно сделать в виде двух труб или змеевика, одновременно усилив движение теплоносителя с помощью циркуляционного насоса.

При проектировании системы печного отопления стараются минимизировать количество агрегатов. Предпочтительно интегрировать функцию подготовки теплоносителя непосредственно в варочную печь.

При этом необходимо использовать сталь марки не менее 5 мм и дополнительно усилить стенки ребрами жесткости, чтобы избежать деформации.

Конфигурация трубчатых конструкций может варьироваться, однако необходимо гарантировать, чтобы внутренний диаметр труб составлял не менее 3 см. В противном случае существует риск закипания воды из-за низкой скорости циркуляции или высокой температуры.

Регистры чаще всего делают из профильных труб, чтобы облегчить процесс сварки.

Создать теплообменник нужного размера можно и самостоятельно, но важно уделить особое внимание качеству сварки. В случае протечки теплообменника вода может вылиться в печь.

В случае возникновения проблем придется проделать большой объем работы: разобрать печь, вынуть, заварить и вернуть теплообменник обратно, а затем заново собрать печь.

Существуют два основных варианта размещения теплообменника. В первом случае его устанавливают внутри топливника, значительно уменьшая доступное пространство. Во втором — регистры размещают в колпаке безоборотных печей, однако такая печь будет иметь более сложную конструкцию.

Если есть колпаковая печь, то переустановка теплообменника в этот колпак является более предпочтительной, так как там также высокие температуры, а пространство топки остается таким же.

При установке трубчатого теплообменника необходимо оставлять небольшой зазор между ним и стеной печи, что обеспечит лучший нагрев теплоносителя и даст возможность для очистки регистра. Чистка как рубашек, так и регистров требуется периодически, так как сильное засорение золой может привести к снижению эффективности теплообмена.

Если есть варочная плита, очистку осуществляют после ее снятия, а если печь предназначена только для обогрева, чистка производится через топочную дверцу.

Циркуляция воды в отопительном контуре

Основные принципы создания естественной циркуляции воды в системе заключаются в создании «коллектора разгона» на выходе из теплообменника и в наличии постоянного уклона труб отопительного контура размером 3-5°.

Суть «коллектора разгона» в том, что горячая вода из печи поднимается вертикально вверх, а затем распределяется по контурным трубам отопления.

Циркуляция воды происходит благодаря разнице удельного веса горячей и холодной воды. Холодная вода тяжелее, и, поступая к теплообменнику, вытесняет горячую воду вверх по трубам. Входная точка для обратки должна находиться ниже выходов воды из радиаторов отопления, иначе циркуляция будет либо слишком медленной, либо вовсе отсутствовать.

Такой коллектор разгона необходим даже для средних по длине контуров отопления, работающих на естественной циркуляции.

Для повышения скорости перемещения воды можно установить циркуляционный насос. Это обеспечит более быстрое и равномерное распределение тепла по всему дому. Также можно использовать несколько насосов для разных контуров отопления.

При наличии колебаний напряжения следует применять стабилизатор напряжения, так как выход насоса из строя может нанести серьезный ущерб всей системе.

Насосы можно условно разделить на две категории, в зависимости от расположения двигателя: с «сухим» ротором и с «мокрым» ротором. По типу подключения: на сети 220 В или 12 В.

В насосах с «сухим» ротором двигатель изолирован от погруженной в воду части уплотнительными кольцами. Напротив, «сухие» насосы имеют более высокий коэффициент полезного действия, чем модели с погруженным двигателем.

К недостаткам можно отнести высокий уровень шума, необходимость регулярного обслуживания и более короткий моторесурс. Поэтому в частных домах обычно применяются циркуляционные насосы с «мокрым» ротором.

Выбор типа питания насоса определяется возможностью естественной циркуляции воды в системе. Если отсутствие насоса делает естественную циркуляцию невозможной, вам подойдет модель на 12 В с источником бесперебойного питания.

В противном случае, при отключении электричества, есть риск закипания воды и выхода системы из строя. Если естественная циркуляция возможна, то целесообразнее приобрести более доступный и распространенный насос на 220 В.

Можно подключить насос на 12 В к источнику бесперебойного питания, чтобы не беспокоиться о работе системы отопления.

При установке насоса с напряжением 220 В важно организовать такую систему, чтобы отопление продолжало работать в случае отключения электроэнергии. Для этого следует установить запорный кран на трубе и обводную трубу с насосом (известной как «байпас»).

На обводной трубе перед насосом устанавливают кран-фильтр и запорный кран после насоса. Регулируя положение запорных кранов на обоих трубах, можно выбирать режимы принудительной и естественной циркуляции.

Обычно насос устанавливают на «обратке» рядом с печью, чтобы температура жидкости, проходящей через него, была минимальной. Это значительно продлевает срок службы устройства.

Кроме того, рекомендуется группировать управляющие элементы системы отопления в одном месте, чтобы в случае возникновения нештатной ситуации можно было быстро реагировать.

Монтаж обводного трубопровода (байпаса) позволяет системе отопления функционировать при отключенном электричестве и дает возможность заменить насос без необходимости слива воды.

Правила эксплуатации расширительного бака

При нагреве жидкости она расширяется, что может привести к значительному повышению давления в замкнутой системе, что может закончиться прорывом. Использование предохранительного клапана в данном случае нецелесообразно, поскольку после остывания и уменьшения объема воды в системе будет запущен воздух.

Поэтому для систем отопления с принудительным движением воды применяются специальные расширители, которые могут быть открытого или закрытого типов. Их емкость рассчитывается не только исходя из максимального теплового расширения жидкости (5-7%), но и с учетом возможности закипания.

Открытые расширительные баки подключаются к водяному контуру печного отопления с естественной циркуляцией. Это металлическое устройство произвольной формы размещается в верхней части системы, напрямую связанной с атмосферой, в результате чего часть теплоносителя может испаряться.

Трубопровод присоединяется к нижней части или нижней четверти бака, а в верхней части устанавливается патрубок для сброса жидкости в случае переполнения и для выхода воздуха.

Практика показывает, что объем открытого расширительного бака должен составлять не менее 15% от общего объема воды в системе отопления.

Открытые расширительные баки обычно располагают в технических помещениях, и их внешний вид не имеет значения.

Закрытый бак, или мембранный бачок, представляет собой замкнутый резервуар, внутри которого находится мембрана. При нагреве воды давление в системе увеличивается, что приводит к растяжению мембраны и перемещению жидкости в бак. Если давление поднимается выше нормального уровня, срабатывает автоматическая система, которая сбрасывает лишний теплоноситель в канализацию.

После того как происходит первый сброс, как правило, не возникает необходимости в повторных сбросах, поскольку объем теплоносителя уравновешивается с объемом отопительной системы.

Мембранный бак устанавливают перед насосом. В отличие от открытых резервуаров, такой бак не способен самостоятельно избавляться от воздуха. Поэтому в верхней части отопительного контура нужен кран Маевского (механический воздухоотводчик) или автоматический воздухоотвод.

Единственным элементом мембранного бака, который может износиться с течением времени, является мембрана, поэтому имеет смысл приобретать бак с возможностью ее замены.

При выборе закрытого бака, который иногда называют гидроаккумулятором, стоит избегать путаницы с гидроаккумуляторами, используемыми для водоснабжения.

Для отопительных мембранных баков предельно допустимая рабочая температура составляет до 120°C, а давление до 3 Бар. В отличие от них, для водоснабжения применяются баки, рассчитанные на температуру до 70°C и давление до 10 Бар.

Выбор между трубами и радиаторами

В качестве водяного контура в системе печного отопления можно использовать либо пластиковые трубы с радиаторами, либо металлические. Основным преимуществом радиаторов считается их эстетичный внешний вид по сравнению с громоздкими воздуховодами.

Пластиковая разводка легко прячется в пол, так как она не отдает тепло. Хотя по правилам, разводка водяного отопления должна оставаться открытой. Но полимерным трубам есть ряд ограничений: их не следует прокладывать в местах с высокой температурой или под прямыми солнечными лучами.

Металлические трубы имеют преимущество в более низкой стоимости всего отопительного контура, простоте монтажа и меньшем количестве проблем в процессе эксплуатации.

Использование металлических труб вместо радиаторов с металлопластиковой подводкой оправдано, если не требуется уделять внимание дизайну помещения.

Значительным плюсом системы с радиаторами является легкость регулировки температуры. Даже при точных расчетах температурного режима, их можно легко откорректировать. Например, для малыша до 6 месяцев рекомендованна температура в пределах 19-21°C, тогда как в остальных помещениях комфортной считается температура около 25°C.

Чтобы поддерживать заданную температуру в течение продолжительного времени, необходимо полностью или частично закрыть кран на одном из радиаторов. Система с металлической трубой также может решить эту задачу, но более сложным способом: необходимо снижать теплоотдачу участка трубы с помощью пенополиуретановой или фольгированной оболочки.

Другим вариантом отопительного контура может стать водяной теплый пол. Этот способ очень комфортен, но установка теплого пола требует гораздо больше усилий по сравнению с описанными ранее системами.

Кроме этого, при использовании теплого пола нет возможности создать уклон для естественной циркуляции воды, что в сочетании с небольшим диаметром труб обязательно требует установки циркуляционного насоса.

Для перекачки воды через трубы теплого пола постольку необходимо использовать насос, так как естественная циркуляция в данной конфигурации невозможна.

Предотвращение замерзания системы отопления

Использование воды в роли теплоносителя имеет один крупных недостаток – в случае замерзания отопительной системы трубопроводы и приборы могут повреждаться. Сложнее всего восстановить теплообменник, встроенный в печь.

Особенно эта проблема актуальна для домов, которые в зимнее время могут оставаться без отопления длительное время. Один из способов предотвратить повреждение – применять антифриз, который предназначен для отопительных систем, вместо воды.

Для жилых помещений в качестве антифриза часто используются жидкости на основе пропиленгликоля, который является нетоксичным в отличие от этиленгликоля.

Однако идея использования антифризов имеет свои недостатки:

• антифриз на пропиленгликоле стоит дорого (от 80 рублей за литр);
• удельная теплоемкость антифриза ниже, чем у воды (примерно на 15%), что требует от системы большей мощности и увеличенной площади нагревательных устройств;
• антифриз обладает большей динамической вязкостью, по сравнению с водой, из-за чего требуется более мощный циркуляционный насос, а естественная циркуляция становится невозможной;
• при нагревании антифриз может расширяться до 40%, поэтому нужно использовать расширительный бак закрытого типа большего объема;
• пропиленгликоль обладает высокой текучестью, что позволяет ему проникать через соединения в системе отопления, где вода не может;
• он несовместим с оцинкованными трубами, так как при контакте с добавками антифриза их свойства ухудшаются;
• при закипании антифриз ведет к необратимой химической реакции, что требует полной замены антифриза в системе.

Проектируя систему отопления с использованием антифриза, необходимо выполнять предварительные расчеты — использование его в системах, спроектированных для воды, оказывается довольно сложным.

Стоит отметить, что проект с антифризом будет значительно дороже, чем система с водяным отоплением. По этой причине использование антифризов пока не нашло широкого применения в частных домах с печным отоплением, и для предотвращения замерзания применяют другие методы.

При выборе теплоносителя для системы отопления важно учитывать не только его физико-химические свойства, но также его безопасность для окружающей среды.

Слив воды из контура и с печи является наиболее распространенным методом, который применяют при длительном отсутствии собственников. Однако минусом этого подхода является доступ воздуха к металлическим компонентам системы, что, в свою очередь, способствует коррозии.

В качестве временного решения также можно интегрировать в систему отопления электрический котел малой мощности. Он способен поддерживать положительную температуру воды с минимальными затратами энергии.

Интегрированный в отопительную систему электрокотел малой мощности помогает поддерживать положительную температуру воды в длительный период отсутствия хозяев.

Заключение и полезное видео на тему

Работающая система отопления, основанная на печи и водяном контуре в частном доме площадью 80 квадратных метров:

Тепло в системе отопления от печей и каминов подается порциями, что усложняет задачу расчета параметров элементов отопительного контура. Изменения в системе могут быть довольно проблематичными, поэтому в случае недостатка опыта лучше обратиться к профессионалам, обладающим необходимыми навыками.

У вас есть опыт в организации печного отопления? Или вы отопите свой дом таким образом и хотите поделиться впечатлениями от эксплуатации печи? Оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы ниже.