Печи с водяным контуром для обогрева жилых помещений: особенности и рекомендации по выбору

Дрова и уголь по-прежнему остаются наиболее распространенными источниками топлива в различных уголках страны, которые используются для обогрева частных домов. Однако выбор печного отопления обусловлен не только доступной ценой, но и невысокой стоимостью его установки и обслуживания.

Тем не менее, печи с водяным контуром для отопления имеют как значительные плюсы, так и некоторое количество минусов. Не всегда такой вариант оказывается наилучшим. Рассмотрим подробнее все аспекты этой системы обогрева.

Характеристики печного обогрева

Печное отопление считается традиционным для российских населенных пунктов, его надежность была подтверждена временем. Многие деревенские дома до сих пор оборудованы печами, которые, помимо обогрева, служат для приготовления пищи и выпекания хлеба.

Некоторые из этих печей имеют водяной контур, а некоторые – нет. Однако владельцы загородных домов не спешат заменять старые конструкции на современные котлы, так как до сих пор не существует более надежного и простого способа отопления.

При отсутствии водяного контура дровяная печь прогревает только небольшую площадь поблизости. Для обогрева одной или двух комнат это вполне приемлемо, однако для больших коттеджей такие печи не подойдут.

В качестве топлива для таких традиционных печей используют:

• уголь;
• торф;
• древесину;
• брикетированное топливо (евродрова).

Не существует значительной разницы между этими видами топлива в контексте устройства самой печи и распределения системы водяного отопления по дому. Разные виды топлива выделяют разное количество тепла, а также отличаются длительностью горения, но конструкции и схемы разводки остаются неизменными.

При выборе печного отопления важно учесть правила пожарной безопасности при строительстве кирпичных печей – строгое соблюдение этих норм минимизирует риск возникновения пожара.

Преимущества печного отопления включают:

• независимость от электроэнергии;
• умеренная стоимость установки системы отопления;
• доступность твердого топлива и возможность различных вариантов его использования;
• простота в эксплуатации;
• продолжительное выделение тепла (особенно для кирпичных моделей);
• многофункциональность – поддерживает как отопление, так и приготовление пищи.

Если частный дом не может быть подключен к центральному газопроводу, печь на дровах будет отличным выбором для отопления.

Единственным исключением могут быть регионы, где дрова или уголь недоступны, однако такие случаи в России – большая редкость.

Главные недостатки печей с водяным контуром заключаются в отсутствии возможности автоматизации и затруднительной регулировке теплоотдачи в отдельных помещениях.

К другим негативным сторонам печного отопления можно отнести:

• длительное время разогрева системы перед началом теплоотдачи;
• потерю полезного пространства в помещении из-за громоздкости печи;
• значительный вес кирпичной конструкции;
• недостаточную эффективность из-за потери значительного объема тепла через дымоход;
• высокий риск возгорания при неправильной эксплуатации.

Кирпичная печь для частного дома с водяным отоплением может весить от 1,5 до 10 тонн. К тому же, вес трубы увеличивает нагрузку.

Для такой конструкции необходима прочная основа, что также следует рассматривать как недостаток таких систем отопления.

Конструкция печного водяного отопления

Оптимально проектировать и сооружать печь для водяного обогрева одновременно с построением дома. Установка печной конструкции после завершения строительства может вызвать сложности, часто это требует создания прочного фундамента и перестройки стропильной системы.

Печь для водяного отопления может быть выполнена из кирпича или стали в форме буржуйки с теплообменными трубами вокруг топки, нагревающими теплоноситель.

Водяная отопительная система, основанная на печи, состоит из:

• собственно печи (металлической либо кирпичной);
• теплообменника, размещенного внутри или вокруг печной топки, или змеевика вдоль дымохода;
• сетевого контура с теплоносителем и расширительного бачка на чердаке.

В некоторых случаях система может дополнительно включать циркуляционный насос и гидроаккумулятор, но такой вариант применяется редко из-за необходимости в постоянном электрообеспечении и удорожания всей системы.

Основным преимуществом водяного отопления на основе печи считается его экономичность. Не стоит добавлять дорогие и капризные элементы в эту систему.

Схема циркуляции воды в системе

Система водяного отопления может быть организована на основе естественной (гравитационной) или принудительной циркуляции теплоносителя. При использовании дровяной печи предпочтителен первый вариант.

Схема с естественной циркуляцией воды более экономична по сравнению с принудительной и не требует подключения к электросети.

Печное водяное отопление лучше всего подходит для одноэтажных домов площадью до 150 м², где возможно реализовать гравитационную систему без насоса.

Если требуется обогреть многоэтажный коттедж, стоит рассмотреть мощный котел вместо печи. Печь для таких зданий должна иметь огромные размеры, что значительно увеличивает затраты и объем топлива, а это приводит к повышению риска возгорания.

Классическая система печного отопления с естественной циркуляцией включает:

• теплообменник внутри печи;
• металлический трубопровод;
• радиаторы (или заменяющие их толстые трубы в комнатах);
• расширительный бачок.

Если решено самостоятельно реализовать водяное отопление в загородном доме, лучше следовать предложенной схеме. Монтаж и расчеты здесь гораздо проще, чем в случае принудительной схемы.

Система с циркуляционным насосом больше подходит для котлов; применяемая на базе печи, она теряет свою эффективность по теплоотдаче.

Автоматизированные бойлеры обеспечивают постоянный нагрев воды при необходимости, в то время как дровяная печь может протапливаться один или два раза за день. В такие моменты теплоноситель в печи нагревается и передает тепло в помещения. Дальнейшее движение воды насосом нецелесообразно, так как ничего не подогревается в холодной топке.

Выбирая печь на дровах или угле, владельцы частных домов рассчитывают на автономность системы отопления. Однако установка насосного оборудования, требующего электричества, делает такую автономию труднодостижимой.

Тип печи: кирпичная или стальная

Кирпичная печь нагревается медленнее, но и тепла отдает дольше. Стальная конструкция быстрее нагревается и столь же быстро остывает после окончания горения. Частично эта проблема может быть решена за счет использования более объемного теплоносителя в системе.

Тем не менее, чем больше воды содержится в системе, тем дороже ее затраты на материалы.

Металлическую буржуйку с водяным змеевиком разрешается устанавливать прямо на деревянный пол без необходимости в специальном фундаменте.

Стальная печь мощностью 5–15 кВт без топлива и воды весит 100–300 кг. Такой вид конструкции можно без опасений разместить на укрепленных лагам. Фундамент нужен, если печь весит более 700-800 кг. В случае кирпичной конструкции обойтись без бетонных работ не получится.

Сравнивая эти два типа, кирпичная печь тяжелее, дороже и сложнее в установке. Однако ее эффективность выше, а риск замерзания контура с трещинами из-за льда ниже. Если же вы хотите возводить капитальную постройку для постоянного проживания, рекомендуется предпочесть кирпичную модель.

Выбор труб: нержавейка или металлопластик

При создании отопительной системы на основе водогрейного котла обвязка может быть выполнена не только из стальных труб, но и из металлопластиковых и полипропиленовых. Однако если дровяная печь нагревает воду, контур с теплоносителем следует создавать исключительно из нержавеющей стали.

При большом количестве дров вода в змеевике печи может быстро нагреваться до 100 градусов и даже закипать. Чрезмерные температуры выдержит только сталь.

Металлопластиковые трубы рассчитаны на работу с температурой теплоносителя до 90-95 °C. Кратковременно они могут выдерживать и нагрев до 110-120 °C, однако автоматика котлов и бойлеров изначально не допускает таких температур. Для теплых полов вода нагревается до 30-45 °C, для радиаторов – до 60-65 °C.

Однако в ситуации с дровяной печью нагрев до 100 °C – это не редкость. Рисковать и использовать металлопластиковые трубы в данной ситуации не рекомендуется. Предпочтение лучше отдать надежной нержавейке.

К тому же, выходящие из печи патрубки, соединенные с трубами контура, будут нагреваться до крайне высоких температур, при этом их отделяет менее полметра от открытого пламени. Установка пластиковых труб вблизи опасна из-за вероятности их расплавления.

Методы теплоотдачи: радиаторы или регистры

Тепло от печи поступает в систему отопления порциями в течение нескольких часов, пока продолжается горение дров или угля. Если уровень воды в системе отопления низкий, прохлада быстро начнёт заполнять дом. Поэтому в сельских районах наиболее распространён вариант обогрева, использующий толсто стенки стальных труб, вместо привычных радиаторов, более распространённых в городах. Теплообменник, который работает с дровяными печами, в данном контексте является идеальным решением.

Стандартная схема водяного отопления с естественной циркуляцией предполагает, что вода находится в открытом контакте с атмосферой через расширительный бак, однако классические батареи не способны работать с воздухом в теплоносителе.

Труба диаметром 80-120 мм, изготовленная из нержавеющей стали, представляет собой отопительный регистр, который включает подводящий и обратный контуры, соединенные в комнате, находящейся далеко от печи, а в остальных помещениях располагается две трубы вдоль внешних стен.

Хотя внешний вид регистра не так привлекателен, как у радиатора, его стоимость значительно ниже, а процесс самостоятельного изготовления проще, чем у радиаторов. Все, что нужно для этого – это обладают навыками работы со сварочным аппаратом.

Для расчёта отдачи тепла от такой системы необходимо умножить число Пи на диаметр и длину трубы. В расчетах также важно учитывать тепловой напор в подаче и обратке, а также вертикальное расстояние между трубами.

Тем не менее, на практике зачастую такие расчёты не проводятся, вместо этого используется труба диаметром от 80 до 100 мм, которая укладывается по периметру здания с закольцовкой в самой дальней комнате. Регулировка теплоотдачи чаще всего происходит «на глаз», основываясь на опыте в определении нужного количества топлива для загрузки в топку.

Не случайно регистры воды в сочетании с печами получили широкое распространение, их расчёт не требуется – достаточно выбрать надлежащую трубу и сварить её.

Выбор теплообменника для топки

Теплообменник для печи может быть выполнен из меди, чугуна или стали. Медь отпадает из-за высокой стоимости, а его самостоятельная пайка считается затруднительной.

При установке чугунных батарей в топке следует соблюдать осторожность, так как из-за резкого перепада температур может произойти отсоединение секций друг от друга.

Чугун имеет преимущества перед сталью с точки зрения технических характеристик. Однако, создание теплообменника из чугуна своими силами представляет определённые трудности. Можно использовать для этого старую батарею, но следует понимать, что уплотнитель будет выгорать в печи, что приведёт к нарушению герметичности и вытеканию воды в топку.

Если решено сделать теплообменник из батареи, лучше остановиться на моделях МС-110-300 или МС-90-300 — они компактные и легко поместятся в топку. Площадь нагрева на одно ребро составляет примерно 0,14-0,16 м².

Исходя из этих данных, можно вычислить количество секций для нужного контура – на каждые 10 квадратов площади дома нужно 1 кВт, что составит ориентировочно 0,1 м² площади теплообменника из чугуна.

Ребра чугунных радиаторов обычно соединяются прокладками из термостойкой резины, но в печной среде такая резина сгорит, её следует заменить на асбестовый шнур.

Кроме того, использование чугунной батареи в качестве теплообменника создает трудности при чистке от сажи внутри топки. Периодически необходимо чистить камеру сгорания, а рифленые ребра «чугунки» этому будут мешать.

Наиболее оптимальным вариантом теплообменника является стальной, выполненный в виде:

• змеевика, состоящего из нескольких труб;
• рубашки из стального листа.

Изготавливаются они из низкоуглеродистой стали Ст10-Ст20 толщиной 4-5 мм и с диаметром трубок 30-50 мм.

Создать стальной теплообменник проще всего из листового металла, однако в таком случае теплообмен будет происходить только за счёт внутренней поверхности, находящейся в контакте с огнём.

Трубчатая версия более эффективна с точки зрения теплообмена, но её изготовление более трудоемкое.

Для расчёта теплообменника можно использовать формулу:

Qy=K*(Tcp-Tk)

• K – коэффициент теплопередачи материала (для низкоуглеродистых сталей 15-20, для серого чугуна 50);
• Tcp – средняя температура в топке (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – средняя температура теплоносителя (Tподачи+Tобратки)/2.

Например, при сжигании дров Tcp=(700+300)/2=500 °C и Tk=(80+60)/2=70 °C, что даёт Qy=15*(500-70)=6450 ккал/час. То есть, с квадратного метра поверхности теплообменника, обращённого к огню, будет получено около 7,5 кВт/час.

При использовании угля расчёты будут таковыми: Tcp=(1000+600)/2=800 °C и Tk=70 °C, тогда Qy=15*(800-70)=10 950 ккал/час=12 734 Вт/час, что составляет примерно 12,7 кВт/час на квадратный метр.

Следующим шагом будет деление необходимой мощности для обогрева дома на полученное значение в зависимости от выбранного вида топлива.

К примеру, для коттеджа площадью 150 м² потребуется мощность приблизительно 15 кВт. Если он будет обогреваться дровами, то нужен теплообменник с площадью теплообмена 15/7,5=2 м². Это как раз поверхность, которая нагревается от пламени.

Если используется трубчатый змеевик, длина рассчитывается по формуле:

S=2*3,14*D*L

S – расчетная площадь;

D – диаметр труб;

L – необходимая длина.

Параметры рубашки из стального листа вычисляются еще проще, так как обычно она состоит из двух прямоугольников по бокам топочной камеры.

Оптимальный выбор

Установка массивной кирпичной печи в уже построенном доме может быть затруднительна. В этом случае лучше настроить водяное отопление на основе металлической буржуйки, которую можно установить на усиленный деревянный пол без заливки фундамента.

Если есть возможность сделать всем необходимым требованиям, лучше выбрать более устойчивую конструкцию кирпичной печи.

Система водяного отопления для дровяной печи будет работать наиболее эффективно, если использовать толстостенные стальные трубы и настраивать ее на естественную циркуляцию теплоносителя.

Установка циркуляционного насоса и/или гидроаккумулятора в такую систему — это лишь пустая трата средств и не даст дополнительных преимуществ. Они усложнят работу системы, а при отключении электричества могут создать проблемы, в то время как система без этих устройств сохранит свою работоспособность при любых сбоях в электросети.

Заключение и дополнительные материалы

Выбор типа теплообменника для дровяной печи:

Обзор кирпичной печи для водяного отопления в загородном доме:

Строительство отопительно-варочной печи из кирпича с разбором технологии:

Нельзя назвать водяное отопление, основанное на дровяной печи, идеальным и высокоэффективным. Тем не менее, этот способ обогрева загородных домов более надежный, недорогой и относительно простой в реализации. Только нет необходимости дополнительно оснастить такую систему циркуляционным насосом и автоматикой, так как они требуют электроэнергии и делают всю систему зависимой от электросети, что практически сводит на нет её автономные преимущества.