Как да направите пещно отопление в частна къща с въздушни или водни контури

Има много начини за отопление на частен дом, свързани с използването на газ и електричество. Но въпреки изобилието от съвременни методи, печното отопление все още е актуално при оборудването на къщи в извънградски райони и вили.

Съгласете се, нищо не подчертава колорита на руската селска къща като печка на дърва. Освен това, отоплението на твърдо гориво се счита за един от икономичните варианти.

Организацията на системата за отопление започва с избор на печно оборудване и определяне на типа отоплителен контур. Предлагаме да се запознаем с устройството и принципите на функциониране на водното и въздушното отопление на базата на печка. За по-добро разбиране на въпроса сме допълнили материала със схеми и илюстративни снимки.

Отопление с помощта на въздушна система

Причината за устойчивото предпочитание, което собствениците на частни домове дават на печния вариант на отопление, се състои в икономичността на експлоатация – достъпността на дърва, горивни брикети или въглища.

Недостатъкът се състои в ограничеността на обработваното пространство, който може да се избегне чрез изграждане на водна и въздушна система на основата на тухлен агрегат.

Спецификата на устройството на отопление на нискоетажни сгради с печка е представена във фото-подборка:

Принципът на функциониране на въздушното отопление на базата на печка или камина се състои в предаването на топъл поток, загрят до работна температура в топлообменник или котел. Въздухът постъпва или директно в помещението, или чрез въздуховоди.

Благодарение на относително краткия път, той не успява да загуби температура. В резултат се постига равномерно разпределение на топлината в къщата.

Камерата за загряване на въздух се поставя над горивната камера, така че горещата горна повърхност на горивната камера и коминът да ѝ предават максимално количество топлина. Циркулацията на въздуха става по естествен път или с помощта на вентилатори.

Стоманена печка от фабрично производство за отопление на помещение с площ 120 кв. м чрез въздушни потоци струва около 120 €.

Естествената циркулация се получава в резултат на разликата в плътността на студения и горещия въздух. Студеният въздух, попадайки в нагревателната камера, изтласква горещия във въздуховодите.

Този начин не изисква наличие на електричество, но при недостатъчно бързо движение на въздуха през нагревателната камера, той се нагрява силно, което може да създаде проблеми.

Въздушното отопление с естествено движение на загрятия въздух предполага инсталиране на въздуховоди за насочено движение. При принудителните варианти движението на въздуха се стимулира от вентилатор (+).

Принудителната циркулация се осъществява с помощта на вентилатори или помпи. Въпреки това, отоплението на помещенията става по-бързо и равномерно. При принудителната вентилация, чрез регулиране на нейния режим, може лесно да се управлява обемът на подавания въздух в различни помещения, като по този начин се определя микроклиматът на отделните стаи в къщата.

По типа на подаване на студения въздух системите се делят на два вида:

• С пълна рециркулация. Загрятите въздушни маси се редуват с охладени в рамките на едно помещение.  Недостатък на схемата е, че качеството на въздуха намалява при преминаването на всеки цикъл на отопление/охлаждане.
• С частична рекуперация. Извършва се засмукване на част от свежия въздух от улицата, който се смесва с част от въздуха от помещението. След загряване сместа от двете въздушни порции се доставя на потребителя. Предимството е в стабилното качество на въздуха, недостатъкът – в зависимостта от електроенергия.

Ясно е, че към първата група спадат каналните системи с естествено движение на въздушния топлоносител. Към втората спадат вариантите с принудително преместване на въздуха, за чието движение не е задължително да се изгражда мрежа от въздуховоди.

Притокът на въздух от улицата дава на системата с естествена циркулация допълнителен импулс, което позволява да се мине без използване на вентилатори.

Основните предимства на въздушното отопление в сравнение с водното:

• висока ефективност;
• безотказност;
• липса на радиатори в помещенията.

Устройството на контура с принудително движение позволява да се мине без изграждане на система от въздуховоди. Освен това, този вариант може да се съвместява с климатизация, овлажняване и йонизация на въздуха.

Ако не се планира инсталиране на устройство, което стимулира движението на загрятия въздух, то за повишаване на производителността на печката се използват следните начини:

Повишаването на КПД спонтанно ще увеличи скоростта на движение на въздушния поток: колкото по-бързо се загрява въздухът, толкова по-интензивно става смяната на охладената и загрятата въздушна маса.

Основните недостатъци на въздушното отопление в сравнение с водното:

• при използване на пещ температурата на подавания въздух има значителен диапазон, за разлика от използването на други топлинни източници;
• въздуховодите имат голям диаметър, поради което монтажът трябва да се извършва на етапа на строителството;
• препоръчително е разполагането на пещта в сутеренно помещение, в противен случай е необходимо прилагане на вентилатори, които издават шум.

Движението на въздуха в помещението има отрицателна страна – вдига прах, но използването на филтри на изхода от въздуховода позволява ефективно да се улавя този прах, като по този начин се намалява общото количество прах в дома.

Друга особеност на въздушното отопление, която има положителни и отрицателни страни, е скоростта на пренос на топлина. От една страна – помещенията се затоплят по-бързо, отколкото при отопление с воден кръг, от друга страна липсва топлинна инерция – щом печката или камината изгасне, помещението веднага започва да изстива.

За осигуряване на равномерно налягане в страничните клонове на въздуховода е необходимо да се изключи тяхното врязване в последните половин метър от главния въздуховод

За разлика от водното отопление, монтажът на система за въздушно отопление не представлява никаква сложност. Всички елементи (тръби, отклонения, вентилационни решетки) достатъчно лесно могат да бъдат свързани без заваръчни работи. Съществуват гъвкави въздуховоди, които могат да приемат всякаква форма, в зависимост от геометрията на помещенията.

Въпреки това, системите за въздушно отопление на базата на печки или камини все още не са получили широко разпространение. Много по-често в индивидуалното нискоетажно строителство за отопление на помещенията се прилага воден кръг.

На основата на печка или камина с тухлена или стоманена горивна камера може да се устрои както въздушно, така и водно отопление

Устройство на водно отопление на основата на печка

Принципите на работа на всяко водно отопление се основават на разпределението на топлината от локален източник из цялото помещение, с помощта на движение на водата по отоплителния кръг.

Основни елементи на водното отопление

За схемата на печно отопление с воден кръг основните елементи са:

• печка или камина с топлообменник, в който се извършва нагряване на водата;
• отоплителен кръг, където се осъществява отдаване на топлина в помещението;
• разширителен съд за предотвратяване на повреда на системата в резултат на повишаване на налягането;
• циркулационна помпа за осигуряване на движение на водата по кръга.

Съществуват общи правила за функциониране на водното отопление, като например схеми за разпределение, които са добре известни и които трябва да се спазват. Въпреки това, при използване на печка като източник на топлина съществуват специфични изисквания, свързани с особеностите на температурния режим.

Принципът на действие на водното отопление на базата на печка или камина е несложен, но е необходимо точно да се изчислят параметрите на всички елементи на системата

Печките не се нагряват бързо и изстиват бавно, получава се неравномерно отделяне на топлина и само правилната инсталация на всички компоненти на системата ще позволи да се избегнат проблеми с качественото отопление на помещенията в къщата.

Видове топлообменник и начини на разполагане

За изработката на топлообменник за пещи се използва листова “черна” стомана или топлоустойчива неръждаема стомана. Използването на чугун като материал за производство е затруднено, но могат да се използват готови чугунени изделия, като чугунени радиатори.

Възможно е използването на мед, която притежава по-добра топлопроводимост в сравнение със стоманата, обаче цената на такова устройство ще бъде висока. Препоръчва се топлообменникът да се изработва от стомана с дебелина от 3 мм. При високи температури на пещта, възникващи при използване на въглища или, още повече, кокс, е необходимо да се приложи стомана с дебелина 5 мм.

Топлообменниците условно могат да се разделят на три вида:

• регистри, серпентини и радиатори, състоящи се от набор от тръби;
• ризи (котли), заварени от листова стомана;
• комбиниран вариант под формата на вертикални стени, свързани с тръби (т.нар. “книжки”).

Ризите от листова стомана са по-лесни за изработка и по-лесни за почистване от продуктите на изгаряне на горивото, но тръбните конструкции имат по-голяма нагревателна площ. При изработването на ризата трябва да се вземе предвид свръхналягането на водата, което възниква при използване на мембранен разширителен съд или при повдигане на вода на голяма височина.

Топлообменникът за водно отопление на базата на пещ може да се направи от налични материали:

В този случай се изисква да се използва стомана с дебелина не по-малко от 5 мм и допълнително да се подсилят стените с усилващи ребра, за да се избегне тяхната деформация.

Формите на тръбните конструкции могат да бъдат различни, но е необходимо да се спазва условието вътрешният размер на тръбите да е не по-малък от 3 см в диаметър. В противен случай, при бавна скорост на циркулация или твърде висока температура, е вероятно кипене на водата.

Регистрите се изработват, като правило, от профилни, а не от кръгли тръби, за да се улеснят заваръчните работи.

Може самостоятелно да се изработи топлообменник с необходимия размер. В този случай трябва да се обърне повишено внимание на качеството на заваряване. При възникване на теч от топлообменника, цялата вода ще изтече в пещта.

Освен това, за отстраняване на проблема ще трябва да се извърши голям обем работа: да се разглоби пещта, да се извади, да се завари и да се постави обратно топлообменникът, а след това отново да се сглоби пещта.

Съществуват два варианта за разположение на топлообменника. В първия случай той се поставя директно в горивната камера, като значително стеснява нейното пространство. Във втория – регистрите се монтират в капака на пещите без обратен ход, но самата пещ в този случай има по-сложна конструкция.

При наличието на капакова пещ е по-добре топлообменникът да се постави в капака: там също е горещо, а пространството на горивната камера остава непроменено

При монтажа на топлообменник от тръбен тип е необходимо да се остави празнина между него и стената на печката. Това е необходимо за по-добро нагряване на топлоносителя, както и за възможност за почистване на регистъра. Почистването както на ризите, така и на регистрите е периодично необходимо, тъй като в случай на силно запушване с пепел ефективността на топлообмена намалява.

При наличие на готварска плоча почистването става след нейното сваляне. Ако пещта има само отоплителна функция, то почистването става през вратичката на горивната камера.

Циркулация на водата в отоплителния контур

Основните принципи на организиране на естествената циркулация на водата в системата се състоят в моделиране на „колектор за ускорение“ на изхода от топлообменника и в създаване на постоянен наклон на тръбите на отоплителния кръг с големина 3-5°.

Общият смисъл на „колектора за ускорение“ се състои в това, че от пещта загрятата вода се издига вертикално нагоре, а след това се разпределя по отоплителния кръг.

Циркулацията се дължи на разликата в специфичното тегло на студената и горещата вода. Студената вода е по-тежка от горещата и, стичайки се към топлообменника, изтласква горещата вода нагоре по тръбата. Точката на влизане на „обратния“ тръбопровод трябва да е под изходите на вода от радиаторите за отопление, в противен случай циркулацията на водата ще бъде много бавна или изобщо няма да има такава.

Колекторът за ускорение е необходим дори за малки по дължина отоплителни кръгове в случай на използване на естествена циркулация

За увеличаване на скоростта на движение на водата по отоплителния кръг се монтира циркулационна помпа. По този начин се постига по-бързо и равномерно разпределение на топлината в дома. Едновременно могат да се използват няколко помпи за различни отоплителни кръгове.

При наличие на скокове на напрежението е необходимо да се използва стабилизатор на напрежение, тъй като повредата на помпата може да доведе до сериозни последствия за цялата система.

Помпите условно могат да се разделят на две групи по отношение положението на двигателя: с „сух“ ротор и с „мокър“ ротор. По тип напрежение: модели, работещи от мрежа 220 V, и помпи, функциониращи от източници на захранване 12 V.

Двигателят в помпите с “сух” ротор е изолиран от потопеното във вода работно колело чрез уплътнителни пръстени. В сравнение с помпите с потопен във вода двигател, “сухите” помпи имат по-висока ефективност.

Сред недостатъците обаче могат да се посочат високото ниво на шум, необходимостта от редовна поддръжка и по-малкият моторесурс. Ето защо в частен дом като правило се използват циркулационни помпи с “мокър” ротор.

Изборът на типа захранване на помпата зависи от възможността за естествена циркулация на водата в системата. Ако тя е невъзможна без участието на помпата, изборът трябва да се направи в полза на вариант с поддръжка на напрежение 12 V и непрекъсваемо захранване.

В противен случай, при изключване на електричеството е възможно водата да заври и системата да излезе от строя. Ако естествената циркулация е възможна, по-добре е да се закупи по-разпространеният и по-евтин вариант с захранване от мрежа 220 V.

Свързвайки помпа с напрежение 12 волта към непрекъсваемо захранване, не е необходимо да се притеснявате за функционирането на отоплителната система

При инсталиране на помпа с захранване 220 V е необходимо да се организира възможност за функциониране на отоплителната система при изключване на електричеството. За тази цел на тръбата се монтира спирателен кран, а в обход на него се монтира байпасна тръба с помпа (така нареченият “байпас”).

На байпасната тръба пред помпата се монтира кран-филтър, а след нея – спирателен кран. Чрез регулиране на положението на спирателните кранове на основната и байпасната тръба може да се включва режим на принудителна и естествена циркулация.

Като правило помпата се монтира на “обратната” линия близо до печката, така че температурата на течността, която ще преминава през устройството, да бъде възможно най-ниска. Това значително ще удължи експлоатационния живот на помпата.

Освен това е необходимо да се разположи максимално възможният брой елементи за управление на отоплителната система на едно място, така че в случай на аварийни ситуации да могат бързо да се предприемат мерки за тяхното отстраняване.

Монтажът на байпасна тръба (by pass) позволява на отоплителната система да работи при изключване на електричеството, а също така дава възможност за демонтиране на помпата без източване на вода.

Правила за използване на разширителен съд

Течността при нагряване се разширява и ако това се случва в затворена система, налягането вътре в нея ще се увеличи значително, а повишаването на налягането крие риск от пробив на вода. Използването на предпазен клапан не е целесъобразно, тъй като след охлаждане на водата и намаляване на нейния обем в системата ще влезе въздух.

Поради това в отоплителните кръгове с принудително движение на водата се използват специални разширителни съдове, които биват отворен или затворен тип. Обемът им се изчислява не само въз основа на максималното топлинно разширение на течността (5-7%), но и като се вземе предвид възможността за кипене на системата.

Отвореният съд оборудва водния кръг на печно отопление от гравитационен тип, т.е. с естествен транспорт на топлоносителя. Представлява метална емкост с произволна форма, разположена в най-горната част на отоплителния кръг. Той е в пряка връзка с атмосферата, поради което топлоносителят частично се изпарява.

Тръбопроводът се свързва към дъното или долната четвърт на съда, а към горната му част се заварява патрубка за отвеждане на вода при преливане и за изпускане на въздуха от системата. Практиката показва, че обемът на отворения съд трябва да бъде най-малко 15% от обема на водата в отоплителната система.

Отвореният разширителен съд обикновено се поставя в техническо помещение и външният му вид няма значение.

Затвореният или мембранен съд представлява затворен съд с мембрана вътре. Водата при нагряване увеличава налягането, разтяга мембраната и постъпва в съда. При превишаване на налягането се задейства автоматиката и излишъкът от топлоносител се изхвърля в канализацията.

След първото изхвърляне обикновено не възникват повече причини за повторното му извършване, тъй като обемът на топлоносителя става равен на обема на системата.

Затвореният мембранен съд се монтира пред помпата. За разлика от отворения тип, такъв съд не може сам да се освобождава от въздух, затова в горната част на отоплителния кръг трябва да се монтира кран на Маевски (механичен въздухоотводач) или негов автоматичен аналог.

Единственият елемент на мембранния съд, който с времето може да се повреди, е мембраната, затова е по-добре да се купи съд с възможност за нейната смяна.

При покупка на затворен съд, който понякога се нарича хидроакумулатор, най-важното е да не се обърква с хидроакумулатора за водоснабдяване.

За мембранен съд, използван в отоплението, работната температура е до 120°C, а налягането – до 3 бара. За водоснабдяване се използват съдове с температура до 70°C и налягане до 10 бара.

Избор между тръби и радиатори

Като воден кръг при печно отопление може да се използва система от пластмасови тръби с радиатори (батерии) или система от метални тръби. Основното предимство на използването на радиатори е, че те изглеждат по-красиви в сравнение с масивните въздуховоди.

Пластмасовите тръби (тръбопровод) могат лесно да се скрият в пода, тъй като не отделят топлина. Въпреки че според правилата разпределението на водното отопление трябва да бъде отворено (явно). Въпреки това полимерните тръбопроводи имат ограничения: те не могат да се полагат там, където има вероятност от стопяване и пряко действие на UV лъчи.

Предимството на металните тръби се състои в по-ниската цена на целия отоплителен контур, лесното монтиране и по-редките проблеми при експлоатация на системата.

Използването на метални отоплителни тръби вместо система от радиатори с металопластично захранване е оправдано, ако естетическата съставка на дизайна на помещението не е важна.

Значимо предимство на системата с радиатори е простотата на регулиране на температурата. Дори най-точните изчисления на температурния режим на помещението могат да бъдат коригирани. Например, за малко дете до 6 месеца се препоръчва температура 19-21°C, докато комфортната температура в останалата част на къщата се счита за 25°C.

За да се осигури такава температура в продължение на дълъг период от време в стаята, трябва напълно или частично да се затвори кранът за подаване на топлина към един от радиаторите. В случай на метална тръба въпросът също може да се реши, но по по-сложен начин: намаляване на топлоотдаването на сегмента на тръбата с помощта на пенополиуретанова или фолирана обвивка.

Още един вариант на отопителния контур може да бъде воден топъл под. Това е много комфортен от гледна точка на човешкото усещане вид подаване на топлина, но монтирането на топъл под е значително по-трудоемко от разгледаните по-рано варианти.

Освен това при използване на топъл под няма възможност да се осигури наклон за естествена циркулация на водата, което в комбинация с малкия диаметър на тръбите на топъл под води до задължителното условие за използване на циркулационна помпа.

За да се изтласка водата през тръбите на топъл под е необходимо да се използва помпа, естествената циркулация няма да работи при такава геометрия на отоплителната система.

Предотвратяване на замръзване на отоплителната система

Използването на вода като топлоносител има един минус – в случай на замръзване на отоплителната система ще се повредят тръбопроводът и уредите. Особено трудно е да се възстанови в този случай топлообменникът, интегриран в печката.

Това е проблем, актуален за къщи, които през зимния период могат да не се отопляват дълго време. Един от начините за предотвратяване на повредата на системата е да се използва вместо вода антифриз, предназначен за отоплителни системи.

За жилищни помещения като антифриз се използват течности на основата на пропиленгликол, като нетоксично вещество, за разлика от етиленгликола.

Обаче при идеята за използване на антифриз съществуват свои минуси:

• антифризът на основата на пропиленгликол е скъп (от 0,8 €/литър);
• специфичният топлинен капацитет на антифриза е по-малък от този на водата (ориентировъчно с 15%), поради което е необходима по-голяма мощност на печката и по-голяма повърхностна площ на устройствата за отопление на помещенията;
• антифризът има по-висок динамичен вискозитет от водата, поради което е необходим по-мощен циркулационен насос, а естествената циркулация е невъзможна;
• при нагряване антифризът се разширява до 40%, затова е необходимо да се използва голям разширителен съд от затворен тип;
• пропиленгликолът е много течен, затова прониква през съединенията в отоплителната система, през които водата не прониква;
• пропиленгликолът е несъвместим с поцинковани тръби, защото при контакт присадките на антифриза губят свойствата си;
• при кипене на антифриза (което е вероятно при използване на печки) настъпва необратима химична реакция, в резултат на което цялата система ще трябва да се източи и да се напълни отново с антифриз.

За антифриза отоплителната система трябва да се изчислява предварително – използването му в проекти, реализирани за вода, е доста проблематично.

Освен това проект с използване на антифриз ще бъде значително по-скъп от система за водно отопление. Затова неговото използване все още не е получило широко разпространение в частни домове при печно отопление, а за предотвратяване на замръзване се използват други методи.

При избора на течност за отоплителната система трябва да се има предвид не само физико-химичните характеристики, но и нейната опасност за околните.

Източването на водата от контура и ризата или регистъра на печката е най-честото решение на проблема при продължително отсъствие на стопаните на дома. Освен допълнителната работа, към минусите на този метод трябва да се отнесе достъпът на въздух до металните елементи на системата от вътрешната страна и, като следствие, разпространението на корозия.

Също така като решение на проблема за кратък период от време се прилага интегриране в отоплителния контур на електрически котел с малка мощност. Неговата работа на минимално ниво на потребление на енергия е в състояние временно да поддържа положителна температура на водата.

Подключен към отоплителната система електрокотел с малка мощност е способен да поддържа положителна температура на водата в случай на продължително отсъствие на стопаните.

Изводи и полезно видео по темата

Работна отоплителна система на основата на печка и воден контур в частен дом с площ 80 квадратни метра:

Подаването на топлина в отоплителната система от печки и камини става на порции, което усложнява задачата за изчисляване на параметрите на елементите на отоплителния контур. Да се извършват работи по преработка на контура е доста проблематично, затова при липса на опит в тази област е по-добре да се обърнете към специалисти с умения за решаване на такива задачи.

Имате ли опит в организирането на печно отопление? Или така отоплявате дома си и бихте искали да споделите впечатления от експлоатацията на печката? Моля, оставете коментари и задавайте въпроси. Формата за обратна връзка е разположена по-долу.