Печь с котлом водяного отопления, теплообменник и его влияние на эффективность домашней системы отопления

Отличный вариант организации автономной системы отопления в частном доме или бане – стационарная печь с котлом водяного отопления.

Подобное устройство отличается практичностью и экономичностью, высокой теплоотдачей и КПД, что позволяет эффективно отапливать помещения различной площади в короткий промежуток времени.

Подобную систему достаточно просто организовать собственноручно, не привлекая дорогостоящих специалистов.

Как работает система водяного отопления с печью

Кирпичная печь, дополненная водяным контуром, позволяет быстро и равномерно прогреть помещения достаточно большого (до 100 квадратов) дома; ее целесообразно ставить в доме с мансардой или вторым этажом. Принцип работы прост: тепло, выделяемое при сгорании топлива, нагревает теплоноситель (в частных системах это вода), который циркулирует по помещениям и распределяет тепловую энергию.

Чтобы система работала эффективно, она должна быть построена по определенным правилам. Проще всего реализуется водяной контур с естественной циркуляцией воды. Он основан на физическом явлении расширения воды (как и любой жидкости) при ее нагревании.

Основой системы является печь с теплообменником. Функции теплообменника выполняет металлическая емкость, оснащенная патрубками (штуцерами) и соединенная с трубами системы. Разогретая вода распределяется по контуру отопления, а циркуляция становится возможной из-за разницы удельного веса горячей и остывшей воды.

Схема организации водяного отопления Источник holodine.net

Также в систему водяного отопления входят следующие элементы:

Расширительный бак. Накопительная емкость, предотвращающая повреждения в системе, когда повышается давление.
Циркуляционный насос. Увеличивает скорость движения теплоносителя по контуру, от чего тепловая энергия распределяется быстрее и равномернее.

При обустройстве водяного отопления с печью можно ориентироваться на стандартные схемы разводки. Но печь является специфическим источником тепла; она медленно нагревается и остывает, а тепло выделяется неравномерно. Поэтому для качественного обогрева жилья необходимо учитывать эти особенности.

В чем суть проблемы

Отопительный котел придуман именно для того, чтобы заменить печь как теплогенерирующий прибор в системах отопления (СО). Котел – устройство непрерывного действия требующее от пользователя, в идеале, только периодической догрузки топлива и сезонного ухода. Его принципиальное отличие от печи – автоматика, поддерживающая оптимальный для заданного режима работы режим горения. Автоматика не обязательно электронная; она может быть энергонезависимой комбинацией биметаллических пластинок, пружин и рычагов.

Печь – прибор периодического действия с ручным управлением, потому она и дешевле. Дело не в коробочке с автоматикой. Дело в самих основах подхода к конструированию и производству. Конкретно – в способах организации полного сжигания топлива. Если продолжить судостроительную аналогию, то котел уже не водоизмещающее судно, а глиссер. Который тоже может плавать, как пароход, но полностью свои качества покажет, только выйдя на реданы. Однако для глиссирования нужна относительно спокойная вода; правильно построенная и налаженная СО, образно говоря, для котла таковой и является. Печь (продолжая ту же аналогию) под управлением опытного экипажа может идти полным ходом на значительном волнении. Благодаря такому запасу эксплуатационной выносливости и возможно приспособить печь под водяное отопление. Полный ход (все та же аналогия) будет тише, чем у глиссера (предельная тепловая эффективность 60-65% против 80-95%), но, «идя на экономической скорости в спокойной воде», удельный расход топлива на отопление единицы кубатуры дома может не превысить такового котла.

Примечание: тепловая эффективность теплогенерирующих приборов – полный аналог КПД для ДВС.

Плюсы и минусы системы

Кирпичная печь с встроенным котлом водяного отопления обладает следующими преимуществами:

Система более энергоэффективна; КПД конструкции со встроенным теплообменником в разы больше, чем у традиционной печки, обогревающей одну-две, и далеко не самые большие, комнаты.

Установка теплообменника в печь Источник oboiman.ru

Система экономна в работе. Печь из кирпича остывает медленно; после того, как дрова прогорят, трубы будут оставаться горячими в течение двух-трех часов. Дров потребуется меньше, затраты на приобретение топлива снизятся.
Незначительные финансовые вложения. Водяной контур устанавливают одновременно с кладкой печи. Изготовленный своими руками теплообменник обойдется на порядок дешевле покупного котла.
Местонахождение печи не влияет на качество обогрева; вы можете установить радиаторы в любом месте.
При продуманном расположении котел маскируется печной конструкцией и никак не влияет на комфорт помещения.

Стоит помнить о следующих минусах конструкции:

Для самостоятельной сборки печи с теплообменником необходим опыт, и он достаточно специфический. Если вы никогда не делали кирпичную кладку и не монтировали системы отопления, первый опыт вряд ли будет полностью удачным.
Установку водяного конура в готовую печь нельзя назвать хорошей идеей. На практике возникает много дополнительных проблем, а стоимость разборки, сборки и монтажа котла сопоставима со стоимостью новой печной конструкции.

Использование тепла печки для нагрева воды Источник ytimg.com
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Кирпичная печь с водяным контуром нуждается в тщательно проработанном проекте с учетом размеров всех помещений, которые предполагается обеспечить теплом. Она по-прежнему остается пожароопасным объектом, поэтому при ее эксплуатации необходимо придерживаться всех правил пожарной безопасности.
Сохраняется риск отравления угарным газом, чего поможет избежать сделанный по правилам дымоход.
Тепло невозможно полностью распределить равномерно: в комнате около печки всегда будет теплее.

В целом, монтаж в доме отопительной системы, включающей печь, котел и батареи считается экономически выгодным решением. Одновременно такая конструкция обладает нюансами, о которых нельзя забывать во время проектировки и возведения. К наиболее важным относят следующие тонкости:

У кирпича высокая тепловая инерция, и вы не сможете мгновенно остановить нагрев печи. Это может стать проблемой для замкнутого контура с циркулярным насосом. Если (даже ненадолго) пропадет электричество, то насос заглохнет, а теплоносителю в контуре достаточно будет одной минуты, чтобы закипеть. Нужна комбинированная система с искусственной и естественной циркуляцией воды.

Печь-камин с водяным контуром отопления Источник fastbuildings.ru

Печь с теплообменником нельзя использовать летом: она начнет нагревать контур, и вы не сможете находиться в доме из-за жары. Но и разжигать топку без воды в контуре нельзя: металл перегреется, что приведет к его прогоранию.
Если система используется нерегулярно (например, на даче), то при больших перерывах воду сливают. Если забыть об этом, замерзшая вода благополучно испортит контур.
С точки зрения безопасности эксплуатации печка с котлом водяного отопления уступает, например, газовому котлу с теплообменником, остановить работу которого можно одним перекрыванием крана.

Технология кладки

Прежде чем приступать к кладке печи своими руками, необходимо выбрать схему и нарисовать своими руками план-порядовку, лучше при этом воспользоваться готовыми проверенными схемами. Примером такой печи можно назвать печь Кузнецова с отопительным регистром, вмонтированным в дымовой канал с одной из сторон печи.

Печь Кузнецов, видео

Для кладки своими руками подобной печи в частном доме понадобятся материалы:

бетон для фундамента;
кирпич красный полнотелый;
кирпич шамотный огнеупорный;
кладочный раствор или его компоненты: глина, чистый сухой песок, чистая вода;
металлические трубы для выполнения теплообменника.

Также нужно купить готовые элементы: колосниковые решетка, дверцы, заслонки, шиберы, кровельные проходки. Цена на эти элементы обычно довольно высокая, поэтому нужно заранее просчитать, что именно необходимо.

Необходимый инструмент:

мастерки и кельма;
резиновый молоток;
болгарка с кругом для кирпича;
уровни, отвесы, бечевка;
рулетка.

Последовательность выполнения операций своими руками

Размечают положение будущей печи и заливают армированный прутком фундамент на 5 см ниже уровня чистового пола. Он не должен соприкасаться с фундаментом частного дома.
После полного высыхания фундамента выкладывают по схеме-порядовке и чертежу два ряда кладки из красного полнотелого кирпича на обычный цементный кладочный раствор, их назначение — выровнять возможные неровности фундамента и заложить основание печи.
Следующие ряды кладут на глиняный кладочный раствор по выбранной схеме, соблюдая перевязку, указанную на ней. Раствор делают из заранее вымоченной красной глины, карьерного песка и чистой холодной воды. Оптимальное соотношение глины и песка определяется опытным путем.

Правильно приготовленный кладочный раствор не должен быть слишком пластичным или рассыпчатым. Проверитьего можно так: скатать из раствора шар размером с теннисный мяч и уронить его с высоты 1 м на ровную поверхность. Он должен слегка деформироваться, покрыться мелкими трещинами, но не рассыпаться.

Толщина швов между рядами кирпича — не более 5 мм. Чем меньше швы, тем однороднее структура печи и лучше теплоотдача. Расшивку проводят сразу по мере кладки.
Дверцы устанавливают так: на предыдущий ряд кирпича кладут в месте установки дверки асбестовое полотно в виде полоски, на него ставят дверку. В отверстия в углах рамы заранее вставляют отожженную проволоку длиной не менее 40 см каждая. Эту проволоку закрепляют между рядами кладки. Если этого не сделать, рано или поздно раствор выкрошится, и дверка выпадет. Кладут несколько рядов, все время проверяя положение дверки по уровню. Поверх дверки также укладывают асбестовую полосу и сверху выкладывают кирпич.
Топку футеруют шамотным кирпичом. Красный керамический для этих целей не годится — он со временем растрескается, и может произойти обрушение свода. На схемах шамотный кирпич обычно обозначен желтым цветом.
Под варочную панель в кирпиче делают пазы на толщину плиты. Это делается для уменьшения теплопотерь и предотвращения задымления. Плиту кладут на раствор.
Самодельный теплообменник в дымовой канал устанавливают в процессе кладки на этапе укладки ряда, через который выходит нижний штуцер. В топочную камеру его монтируют при укладке нижнего ряда топки. Между теплообменником и кирпичом должен быть зазор не менее 5-7 мм.
В дымовом канале с теплообменником обязательно нужно предусмотреть прочистные дверки, так как на регистре будет оседать сажа, что ухудшит его нагрев. Количество дверок должно обеспечивать доступ для чистки к любой части теплообменника.
Верхнюю часть дымового канала оснащают заслонкой или шибером. Сам дымоход может быть либо кирпичным, либо можно купить и поставить сендвич-дымоход. При этом нужно соблюдать правила прохода трубы через кровлю, а на кирпичных трубах делать распушку.

Расстояние от нагретых металлических элементов до сгораемых конструкций должно быть не менее 25 см! Проходы через перекрытия изолируют базальтовым волокном или другими негорючими материалами!

После высыхания печи ее аккуратно протапливают, не перегревая, несколько раз. Проверяют тягу, устойчивость горения дров, отсутствие утечек дыма. После этого можно монтировать внешний отопительный контур и заливать воду в систему. Печь готова к эксплуатации.

Варианты расположения теплообменников

Печи с водяным контуром используются не только в жилых домах, но и в больших банях, оборудованных комнатой отдыха, отдельной душевой или, например, раздевалкой. Конструкция печи с котлом (теплообменником) чаще реализовывается двумя способами: котел монтируют непосредственно в топке или в дымоходе. Реже емкость с водой монтируют в теле печки, рядом с очагом.

Закрепление трубы теплообменника в боковой стенке печи Источник 1-teplodom.ru

Порядок работ

Можно изготовить оборудование своими руками либо купить заводской агрегат.

При самостоятельном монтаже, важно учесть следующие пункты:

Сначала подготавливают теплообменник;
Затем монтируют контур, соединяют его с тепловым котлом;
Перед строительством печи роют котлован, затем в нем делают прослойку из щебня, битого кирпича(фундамент должен быть выше уровня пола на 2-3 см);
Возводят печную конструкцию.

Форма теплообменников

Печи с водяным контуром самостоятельного изготовления оборудуются несколькими типами теплообменников. При выборе и сооружении котла для печки принимают во внимание сложность изготовления (себестоимость и трудозатраты), а также возможности размещения.

Кроме того, выбор конструкции определяется назначением. К примеру, в бане желательно быстро нагревать достаточный для мытья объем, что предполагает интенсивную теплопередачу. А для отопительной системы жилого дома предпочтительна постепенная передача тепла от огня к воде.

Теплообменники различаются не только формой, но и материалом изготовления. Правильно совмещая форму, материал и размещение, можно значительно поднять КПД системы.

Трубчатый стальной теплообменник Источник 1-teplodom.ru

В конструкциях кирпичных печей возможны следующие разновидности теплообменников:

Змеевик. Так называют трубу, которую сгибают под разными углами. Плюс змеевика состоит в быстром прогреве, минус – в том, что объем его обычно небольшой, и для больших площадей малопригоден. Его монтируют за топкой или внутри ее; если змеевик имеет вид спирали – то и на дымоход.
Регистр. Теплообменник напоминает трубный радиатор, может состоять из труб разного диаметра. Его ценят за универсальность и энергоэффективность; место установки выбирают согласно общей схеме.
Водяная рубашка. Разновидность трубчатого устройства, монтируется внутри топки или надевается на дымоход. Конструкция склонна к протечкам, зато отличается эффективностью; для монтажа не надо разбирать печь.
Теплообменник плоского типа. Устанавливается в домах и банях, практичный вариант с точки зрения изготовления, монтажа и обслуживания. Имеет вид плоской емкости, устанавливается рядом с топкой. Для корректной работы необходимо соблюсти технические параметры: наклон и расположение прямой и обратной трубы. Оптимален для отопительного контура, так как нагревает воду максимально быстро.

Самодельный комбинированный теплообменник Источник etokirpichi.ru

Подбор материалов

Задача теплообменника заключается в том, чтобы теплоноситель передавал как можно больше тепла. Потому рекомендуется обращать внимание на теплопроводные свойства материала. Медные трубы проводят тепло в семь раз лучше, чем стальные. Исходя из этого, можно заключить, что для передачи одинакового объема тепла нужно установить 3,5 м труб из меди либо 25 м изделий из стали.

Теплообменники, выполненные из металла красного цвета, являются самыми экономичными в процессе работы. При этом медь – очень дорогой материал. Потому для изготовления подобного устройства целесообразнее использовать трубы из стали, диаметр которых должен быть не меньше 32 мм.

В случае если в качестве топлива применяется уголь, для создания аппарата рекомендуется использовать трубы из чугуна, поскольку этот материал обладает лучшими прочностными свойствами. Кроме того, он медленнее поддается разрушительному воздействию огня и высоких температур.

Повышение эффективности системы

Выбирая конфигурацию котла в печь для отопления, оценивают множество факторов и учитывают их влияние в комплексе. Чтобы повысить эффективности работы теплообменника, при его конструировании принимают во внимание следующие идеи:

Эффективность возрастает, если использовать материалы повышенной теплопроводности. Лучшими показателями теплопроводности обладает медь, но она стоит дорого. Поэтому оптимальным решением станет жаропрочная нержавеющая сталь.
Обеспечивают максимально возможную площадь поверхности (при заданных габаритах).
Рассчитывают оптимальный перепад высот между прямой и обратной трубой.
Теплообменник не должен мешать горению топлива (при расположении в топке) и удалению газов (если его монтируют в дымоходе).
Количество передаваемой энергии находится в прямой зависимости от площади теплообменника и разницы температуры между различными средами.

Самодельный медный змеевик для отопления от печки Источник ultra-term.ru

Алгоритм действий: пошаговая инструкция

Чтобы печь с котлом водяного отопления обеспечивала максимальную теплоотдачу, необходимо правильно ее сконструировать: соблюдать порядовку кладки и учитывать технологии печного строительства.

Фундамент

Тип и толщина основания определяются габаритами теплогенератора. Для классических русских печей требуются массивные ленточные постаменты. Для небольших систем подойдет бетонная подушка на 10-15 см. В некоторых случаях ее можно закрепить на каркасе из арматуры.

Кирпич

Для внешних стен используется огнеупорный керамический кирпич. Фундамент можно соорудить из бывшего в употреблении материала. При этом лучше выполнить футеровку внутренних покрытий топки шамотным камнем. Фасад отделать облицовочным кирпичом.

Кирпич используется для установки внешних стен.

Раствор

Кладочную смесь готовят по классической схеме: песок с глиной заливают водой и размешивают с цементом до получения однородной консистенции. Также можно приобрести готовый раствор со специальными примесями.

Кладка

Для прочного фундамента важно сформировать качественную обвязку швов. Они не должны совпадать, т. к. это повлияет на прочность конструкции.

Лучше сложить швы нижней секции по центру кирпичей следующего ряда.

Коротко о главном

Если кирпичную печь дополнить водяным отопительным контуром, то такая система сможет существенно (до 100 квадратов) увеличить обогреваемую площадь дома любой конфигурации. Конструкция обладает высоким КПД и хорошей теплоотдачей, равномерно распределяет энергию по всем помещениям.

Чтобы выбрать или сделать качественный теплообменник, необходимо принимать во внимание его форму, место расположения и материал изготовления. Конструкция должна как можно точнее повторять форму и габариты топки (или дымохода); только в этом случае КПД системы будет максимальным.

Оценок 0

Прочитать позже

Важные нюансы

Теплообменный аппарат для водяного отопления, выполненный из труб гладкой структуры, называют регистром. Устройство напоминает собой своеобразную решетку. Не меньшей популярностью пользуются и более простые конструкции, которые представлены в виде бака прямоугольной либо цилиндрической формы.

При изготовлении теплообменника для печи рекомендуется соблюдать следующие правила:

Размер пространства внутри устройства должен составлять 5 мм и более. В противном случае вода может быстро закипеть.
Важно, чтобы толщина труб была не меньше 3 мм, иначе материал стремительно прогорит.
Расстояние между теплообменником и стенами топочной камеры должно быть не меньше 10 мм, чтобы металл мог свободно расширяться при нагревании.

На финишной прямой: возводим дымоход

При возведении дымохода учтите, что расстояние от этой части печи до деревянных стен постройки (дома и т.д.) должно превышать 40 см. Это обусловлено требованиями противопожарной безопасности.

Размер части дымохода, выходящей за пределы крыши, составляет примерно 38х38 см. А его внутренний диаметр равен половинке кирпича.

Кстати, допускается заменить выступающую над крышей часть дымохода обычной трубой. Это существенно облегчит задачу печнику, ускорит процесс кладки печи и даже снизит стоимость работ.

Еще один важный нюанс: места, где кровля соприкасается с нагревающимися элементами, нужно обработать асбестосодержащими составами.

Особенности монтажа

Установку устройства проще всего выполнять во время возведения печи. В противном случае может возникнуть необходимость в демонтаже некоторой части кладки.

Очередность действий:

На готовый фундамент в место для топливника выполняется установка подготовленного теплообменника для печи трубчатой конструкции.
При дальнейшем возведении отопительного устройства оставляются небольшие просветы для выхода металлопрокатных изделий.
После завершения сооружения печи осуществляется подключение теплообменника к общей системе отопления, которая заполняется водой.
Производится испытание обогревательного устройства.