Особенности печи-камина с водяным контуром отопления для дома
Чтобы понимать все нюансы данного прибора, необходимо разобраться в нём более детально.
Конструкция
Этот агрегат визуально очень похож на классический камин с той лишь разницей, что его разновидность с водяным контуром в верхней части топочного отсека или в стенах самой печи имеется теплообменник.
По встроенному в него змеевику циркулирует вода, выбранная в качестве теплоносителя. Змеевик соединяется с отопительной системой замкнутого типа, состоящей из радиаторов и труб.
Если площадь, нуждающаяся в обогреве, довольно большая, то в эту схему ещё включают и циркуляционный насос.
В нижней части топочного отсека камина с водяным контуром отопления расположена решётка, служащая вытяжкой — колосник. Она пропускает воздух и для горения дров и служит местом скопления золы.
Под топочным отсеком располагается зольник. Он представляет собой выдвижной лоток и выполняет функцию поддувала.
Вверху топки расположен дымосборник, переходящий в дымоход.
Это классическая модель устройства камина-печи с водяным контуром отопления. В зависимости от сложности конкретной модели могут быть и различные карманы для выхода горячего воздуха и другие элементы.
А также существуют камины, в которых подогрев воды осуществляется с использованием теплообменника пластинчатого типа.
Материал: выбрать чугунный или сделанный из кирпича?
Исходные материалы для камина с водяным контуром отопления:
- Стальная металлическая конструкция имеет сравнительно малый вес и низкую стоимость. Из минусов: подверженность коррозии.
- Чугунный камин отличает долговечность и устойчивость к ржавчине. Из минусов: большой вес и непереносимость колебаний температур, что приводит к трещинам.
Лучше всего объединять эти два материала, используя их положительные стороны. Так, металлические части монтируются в корпус камина и места, защищённые от перегревания. Чугунные элементы лучше монтировать в состав топочного отсека: колосник и дверцы.
Также возможно изготовление камина из кирпича.
Свойства
Основные свойства камина с водяным контуром отопления
- использование природного топлива: дров и угля — стоимость и того, и другого достаточно лояльна;
- особенности устройства агрегата позволяют прогревать большие площади, при этом затрачивая столько же энергии, сколько и печь классического типа;
- возможность использования в конструкции отопительной системы камина с водяным котлом отопления даёт положительный результат: увеличение производительности;
- коэффициент полезного действия термокаминов на 35% выше показателя печи классического типа;
- в камин с водяным контуром отопления закладывают топливо всего несколько раз в день;
- исходные материалы, используемые для формирования таких приборов, имеют невысокую приемлемую стоимость.
Системы подключения
Существует основная схема процесса, в которую входят:
- камин (монтируется на верхнем этаже либо в подвале);
- радиаторы (в них поступает прогретая в баке вода);
- бак с водой (тепло-, гидроаккумулятор, устанавливается в помещении технического назначения);
- змеевик (требуется для прохождения из теплоаккумулятора прогретого теплоносителя).
В зависимости от расположения бака принято выделять две разные схемы.
Открытая
При ней ёмкость устанавливается в самой высокой точки здания, и жидкость идёт в теплообменник под воздействием гравитации. Избыток нагретой воды идёт снова в бак.
Прогрев жидкости происходит в змеевике, расположенном в насадке топки (её котловой открытой части). Монтаж такой системы не вызовет затруднений, но очень непрактичен в силу потерь воды, своего удельного веса и других причин.
Закрытая
В данном случае змеевик располагается в котловой закрытой части. С помощью циркуляционного насоса жидкость проходит в накопительную ёмкость, а, затем, в отопительную систему.
Внимание! Чтобы предотвратить закипание воды и выход прибора из строя, сзади топочного отсека вмонтирован дополнительный змеевик для подачи (в необходимых случаях) холодной воды. Основным преимуществом такой системы подключения является и то, что водная рубашка топки содержит специальный датчик температуры, по сигналу которого производится необходимый слив воды в канализацию
Основным преимуществом такой системы подключения является и то, что водная рубашка топки содержит специальный датчик температуры, по сигналу которого производится необходимый слив воды в канализацию.
Такая система подключения в отличие от первой позволяет обогревать помещения большой площади.
Особенности печной кладки
Для возведения печи выбирают подходящий стройматериал. Оптимальным вариантом считается кирпич нормального обжига, а для стенок топочной и дымового канала лучше купить тугоплавкий кирпич.
Печная кладка
- Перед тем как укладывать кирпич, его опускают в воду и держат пока не перестают появляться пузырьки воздуха;
- Каждый ряд и угол обязательно привязывается;
- Раствор наносят сразу по всему ряду, слоем примерно 5 мм, и на торец каждого кирпича непосредственно перед укладкой;
- Во время укладки топки раствор из глины рекомендуют распределять не мастерком, а рукой;
- Положив около 5 рядов, между швами аккуратно срезают раствор и затирают шов мокрой губкой;
- Конечно, обязательно контролируют вертикальность и горизонтальность возводимых стенок.
Типичные схемы подключения камина к отопительной системе
Гравитационная конвекция.
Чтобы максимально повысить КПД камина и эффективно распределить тепло, сгенерированное в его топочной камере, по всему дому, необходимо интегрировать камин в контур обогрева дома (в случае с камином в водяной рубахе). Камины с воздуховодами нуждаются в особой развертке нагревательных элементов.
Схема воздушного отопления камином зависит от площади обслуживаемой территории. Так, гравитационная разводка подойдет, если площадь помещения, нуждающегося в обогреве, очень маленькая. Длина воздуховодов не должна превышать 3 м в длину. В таком случае нагретый у камина воздух будет подниматься по каналам, вытесняя на концах труб холодный воздух.
Принудительная конвекция.
Данный контур является полностью энергонезависимым, прост в проектировании, установке и использовании. Требования к его монтажу: длина воздуховодов не должна превышать 5 м, сама труба должна быть ровной с минимальным количеством поворотов. Конструкционным материалом труб должен выступать огнеупорный алюминий, способный выдерживать температуру 250°C. Теплоизоляция корпуса воздуховодов обязательна.
Контур с принудительным движением воздуха, хотя и стоит дороже в исполнении, по сравнению с гравитационным аналогом, он позволяет отопить большую площадь помещения. При этом на эффективность системы не повлияет сложная планировка дома. Помимо воздуховодов данный контур комплектуется элементами приточной вентиляции (как главный движущий механизм теплого воздуха), соединительными узлами и уголками, всевозможными элементами управления направленными потоками воздуха.
Принципы функционирования отопления
Отопление на основе печи с водяным контуром работает по принципу теплообмена. В топке печи от горячего воздуха нагревается вода, находящаяся в контуре. Она поднимается вверх по трубе и направляется в отопительную систему. Попадая в радиаторы (батареи), теплоноситель отдает свою тепловую энергию, а охлажденная жидкость обратно поступает в печной контур. Так обеспечивается замкнутый цикл системы.
Выделяется 2 основных типа данного отопления:
- Самотечная система. В соответствии с физическими законами, нагретая вода поднимается вверх и самостоятельно устремляется в отопительную разводку, освобождая место для уже охлажденной жидкости. Такая система способна хорошо функционировать при небольшом количестве радиаторов и малой общей длине трубопровода.
- Принудительная система. В радиаторах и по мере продвижения по трубам водный поток испытывает значительное сопротивление, что тормозит его. В разветвленных и достаточно длинных системах собственного давления часто оказывается недостаточно, а потому приходится к обеспечению принудительного движения теплоносителя. Для этого устанавливается электрический насос (чаще всего в обратной трубе).
Конструктивные особенности печи
Печь для водяного отопления отличается от обычной тем, что в нее встраивается водяной контур (теплообменник). Он содержит 2 патрубка: сверху — для подачи горячей воды в систему, снизу — для подключения обратной трубы с охлажденной жидкостью. Печь своим устройством должна обеспечить разогрев теплоносителя, проходящего по трубам.
Эффективность работы печи обеспечивается правильным выбором конструкции контура и места его расположения, с учетом следующих особенностей:
- Конструкция. Печной теплообменник может изготавливаться из листового металла в форме емкостей (котлов), круглых или профильных металлических труб, сложных металлических конструкций (например, отопительная батарея).
- Материал. Водяной контур изготавливается только из металла. По прочности и коррозионной стойкости идеально подходит чугун, но он сложен в обработке. Чаще всего используются стальные трубы или листы. Нельзя использовать в топке печи медь, т.к. ее температура плавления менее 1100ºС, а кратковременный разогрев в печи на дровах возможен до 1200ºС.
- Размеры. Объем и протяженность контура должны обеспечивать горячей водой всю отопительную систему, с учетом постепенного ее охлаждения в каждом радиаторе. Точный расчет размеров теплообменника провести достаточно сложно, а потому этот процесс доверяется специалистам. Оценить размеры можно по необходимой мощности системы отопления. Практика показывает, что достаточная мощность обогрева составляет 1,1-1,3 кВт на каждые 10 м² площади помещения при стандартных потолках (высота 2,7-2,8 м). Теплообменник же в среднем отдает 6-8 кВт энергии с каждого своего 1 м² площади.
Также важно расположение контура в печи:
- Самый эффективный разогрев теплоносителя обеспечивается при размещении контура непосредственно в топочной камере. Такой вариант монтируется при возведении новой печи или капитальной реконструкции с полной разборкой.
- Для повышения долговечности теплообменника его можно отделить от топки тонкой перегородкой с хорошей теплопроводностью. В этом случае устраняется прямой контакт с открытым пламенем, и снижаются требования к материалу обменника. В таком случае для разогрева потребуется больше тепловой энергии.
- Можно использовать значительную тепловую энергию отводящегося дыма. Установка контура в системе дымохода позволяет устранить необходимость уменьшения полезного объема топочной камеры.
Для обустройства водяного отопления используются печи разного типа. В частных домахпопулярны кирпичные печи с встроенным водяным контуром. В небольших домах можно использовать пиролизные печи длительного горения. В наше время можно просто установить покупную, готовую печь с водяным контуром.
Ответ
Существует несколько вариантов подключения камина с водяным контуром к водяной системе отопления.
Камин может быть в системе как открытого так и закрытого типа.
увеличить схему
Система открытого типа – это система главным элементом, которой является расширительный бак с медным поплавком.
– Топка
– Расширительный бак с медным поплавком
– Пластинчатый теплообменник
– Термозащита
– Предохранительный клапан
– Автоматика
Расширительный бак срабатывает при аварийной ситуации (выключение электроэнергии). При прекращении подачи электроэнергии останавливаются насосы и давление в топке возрастает. Вода из топки по трубе поднимается в расширительный бак и сливается в канализацию.
Соответственно уровень воды в системе камина падает и с помощью медного поплавка в баке, подается новая из водопровода. Это означает, что подача и слив воды осуществляется только при аварийной ситуации, при этом нет негативного влияния на топку или иные элементы.
Такой способ подключения предусматривает еще несколько ступеней защиты от перегрева.
Кроме расширительного бака к топке подключается еще оборудование, которое служит защитой системы от перегрева, а именно:
– Термозащита. она подает воду в охлаждающий контур камина при превышении температуры воды в камине 95 o C
– Предохранительный клапан. который сливает воду в канализацию при превышении давления 1.5 Bar (для открытой системы).
Термозащита с охлаждающим контуром в системах открытого типа обязательна только в каминах большой мощности: 19, 24, 32кВт.
В такой системе топка не может подключаться напрямую к другой системе отопления, поэтому используется пластинчатый теплообменник .
Теплообменник служит лишь для теплопередачи от одной системы в другую, т.е. вода в камине не перемешивается с водой в системе отопления.
При отключении электроэнергии защитную функцию выполняет также автоматика. она закрывает канал подачи воздуха для горения в топку на 100%, соответственно огонь начинает затухать.
Толщина стенки топки для открытой системы – 4 мм.
увеличить схему
Система закрытого типа.
В данном случае топка подключается непосредственно в систему отопления (без расширительной емкости).
Основным требованием при создании такой системы является обеспечение бесперебойным электропитанием, чтобы предотвратить быстрое нагревание.
– Топка
– Термозащита
– Предохранительный клапан
– Автоматика
– Один циркуляционный насос
– Бесперебойный источник питания
Обязательно нужно применить все средства защиты от закипания. Вода в камине может закипеть при остановке процесса теплоотдачи, то есть прекращении подачи електоренергии, и как следствие остановке циркуляционных насосов. Резкий рост давления в системе камина может привести к повреждению топки или других элементов системы.
Одним из таких средств является встроенный в топку охлаждающий контур. Это сварной отдельный стальной отсек на задней стенке топки. К нему присоединяется термозащита. Датчик от термозащиты помещен в водяную рубашку камина и когда температура воды достигнет 95 – 97 ° C он подаст холодную воду в охлаждающий контур, который отбирает тепло в водяной рубашки камина и сливаться в канализацию.
В системе камина с водяной рубашкой закрытого типа подключения охлаждающего контура является обязательным.
Неотъемлемый элемент системы – предохранительный клапан у которого максимальное давление открытия 2,5 бар. (для закрытой системы)
Итак, любой камин с водяным контуром должен быть оборудован несколькими независимыми системами защиты от перегрева.
Можно применять как открытую так и закрытую систему, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы, если они не имеют большого значения для пользователя.
Популярные модели каминов с водяным контуром.
Перед жителями средних и северных широт обоих полушарий Земли всегда остро стояла проблема обогрева своих жилищ с осенних холодов до ранней весны. Особенно — в сильные морозы. Единственным решением проблемы было внесение внутрь жилища огня и поддержание процесса горения.
Поначалу для этого служил очаг, но он расходовал слишком много топлива, не нагревая достаточно внутренний воздух. Появление печей и каминов отчасти решило проблему: угарный газ удалялся наружу через трубу, а нагретые огнем камни постепенно отдавали тепло. И все равно, если брать камин, большинство тепла, полученного от сгорания топлива, буквально вылетало в трубу.
Поэтому, поскольку нет предела совершенству, следующим шагом стало повышение эффективности камина путем «перехвата» уходящего тепла одним из лучших, доступных и простых в обращении тепловых аккумуляторов, — водой.
Преимущества печного отопления
Традиционная печка не нуждается в подключении к газовым и электрическим коммуникациям, следовательно, ваш бюджет не страдает от коммунальных тарифов. Дрова – один из самых дешевых видов топлива, вы можете выбирать, у кого, по какой цене и в каком объеме их закупать.
Отопительная печь с водяным контуром прогревает все строение, причем именно до той температуры, которую вы пожелаете – нагрев воды легко регулировать.
Автоматику в деревенскую печь, конечно, не встроить, однако ее эксплуатация не требует постоянного присмотра: печка медленно разогревается, зато долго держит полную мощность, а значит, и вода в трубах останется горячей значительное время (до 10 часов).
Камин как отопительный прибор
Итак, выбрав камин, следовало выяснить, подойдёт ли он в качестве решения поставленной задачи. Камин как отопительный прибор? А почему бы и нет.
Хотя в последнее время камин из вполне утилитарного отопительного устройства, каковым он традиционно являлся, например, в Англии и европейских странах (русские предпочитали печи), стал, скорее, дизайнерской «штучкой» в интерьере, плюс демонстрацией достатка владельца. Чаще всего камин — недешёвое удовольствие, а в некоторых случаях может стать и истинным предметом роскоши, стоимость которого вполне сравнима с ценой целой дачи в престижном районе.
Камин как предмет роскоши
Современный камин может легко выполнять разные функции: быть только отличным украшением интерьера (например, биокамины) или, помимо декоративной роли, служить ещё и источником тепла. Главное — правильно подобрать модель и выполнить монтаж с учётом потребностей.
Виды каминов
Так как эта статья про камин как отопительный прибор, не станем терять время на рассмотрение сугубо интерьерных вариантов и декоративных способов оформления наружной части
Направим внимание на топочную часть
традиционный английский камин
Английским камином называется камин с открытой прямоугольной топкой. Камин Рамфорда — усовершенствованная вариация классического английского камина, имеет топку трапециевидной формы. С точки зрения отопления, это наименее эффективное устройство. Его КПД, как правило, очень низок: от 5 до 20%. Открытая топка не позволяет регулировать силу горения, очаг сжигает много топлива, выдавая сильный жар в процессе работы, и быстро остывает, когда активное горение прекращается.
Классический открытый камин английского типа с прямоугольной топкой
современный закрытый камин
Сегодня потребители чаще выбирают камины закрытого типа — имеющие плотно закрывающуюся дверку с огнеупорным стеклом. Дверка позволяет более экономно расходовать топливо. Кроме того, «продвинутые» модели имеют встроенные задвижки, регулирующие интенсивность горения. Производители некоторых топок утверждают, что КПД их изделий достигает 85%.
Конечно, они лукавят: коэффициент полезного действия для приборов, работающих на таком нестабильном топливе, как дрова, — понятие очень субъективное. КПД камина или печи зависит не только от устройства самой топки, но и от сорта дров (жаркие берёзовые, дубовые или лиственничные, или так себе дрова — ольха или тополь), от их влажности и прочего.
Камины закрытого типа: много разных, но все ли хороши?
В современном исполнении камин представляет собой металлический ящик — каминную топку или каминную кассету заводского исполнения с плотной дверкой, оборудованной стеклом и ручками регулировки (различными задвижками, поддувалом, шиберами). Также имеется патрубок для присоединения к дымоходу. Камера топки может быть чугунная или стальная, футерованная шамотными пластинами.
В зависимости от модели топка может быть оснащена дымосборником разной конструкции, камерой второго дожига, тепловым кожухом, конвективными каналами, контуром для устройства системы водяного отопления и другими нужными и полезными приспособлениями, повышающими эффективность работы прибора и комфортность его использования.
Камин Invicta Gaya Ardoise. Фото с сайта invicta.su
Кроме каминных вставок и каминных кассет, есть ещё печи-камины, каминетти (самодостаточные каминные топки, не нуждающиеся в дополнительном декоративном обрамлении), просто печи и просто камины. То есть, помимо традиционного печного изделия, сложенного мастером-печником из кирпичей непосредственно на объекте, в продаже предлагаются хорошие готовые варианты, сделанные в производственных условиях, с использованием современных инженерных решений.
Более подробно об устройстве каминных топок и муках выбора самой-самой лучшей топки, камина или печи нужно писать отдельно. Здесь же хочу рассказать о том варианте, который выбрали для этого конкретного проекта.
Компоненты отопительной системы
Чаще всего для жилых домов используются водяные системы отопления. Такой подход к решению задачи является традиционным. У него есть один неоспоримый плюс — это универсальность. Тепло проходит во все уголки помещения благодаря особому свойству теплоносителя. Нагрев его доступен при помощи различных энергоносителей. Также водяная система позволяет обустраивать комбинированные виды отопления, когда энергоносителей несколько, и все они отличаются по свойствам. Любую систему отопления можно условно поделить на такие составные компоненты:
- источник тепла;
- сеть труб с арматурой и дополнительным оборудованием;
- отопительные радиаторы и теплые полы.
Чтобы урегулировать работу теплоносителя, используется запорно-регулирующая арматура и дополнительное оборудование. Последнее объединяет такие элементы:
- циркуляционный насос;
- гидрострелка;
- расширительный бак;
- распределительный коллектор;
- буферная емкость;
- средства и приборы, необходимые для автоматизации;
- бойлер косвенного нагрева.
Дополнительные объемы воды могут создать определенное давление на области соединения, если она находится в замкнутом пространстве. Чтобы избежать такой ситуации, в сети устанавливается расширительная емкость. Она берёт на себя всю лишнюю воду. Выделяют ёмкости мембранного и открытого типа.
Бойлер косвенного нагрева — это особый резервуар, оснащенный змеевиком. Нагрев воды для бытовых нужд осуществляется здесь непосредственно от теплоносителя. Чтобы контролировать показатели давления воды и температуры, устанавливается манометр. Контроль над показателями теплоносителя осуществляется при помощи автоматизированных средств, контроллеров и датчиков.
Эффективность камина с водяным обогревом
За 7 – 9 часов ночи тратиться энергия мощностью в 63- 65 кВт на то, чтобы помещение могло обогреваться.
Здесь играют важную роль бойлер, без которого нельзя провести накопление тепловой энергии и оптимизацию использования её по времена суток. Помимо этого, бойлер способен предотвратить возможный перегрев в печке с такой оболочкой. Чтобы активировать данную функцию, нужно заполнять не меньше, чем расчётное количество воды.
Во время отопления бойлер начинает забирать из котла нагретую до 80 -85 оС воду. Она протекает по змеевику, который встроен в бойлер. При этом тепло воды отдаётся, вода отдает тепло и нагревает находящуюся там воду. Тепловой носитель охлаждается до 60 оС, и он идёт назад в теплообменник отопки.
Вода с температурой в 85 оС обращается к батареям и полам. Охлаждённый ресурс снова идёт в накопитель бойлера.
Для накопления тех 65 кВт тепловой энергии бойлер должен вмещать не меньше, чем 500 – 700 л.
Чтобы определить объём данного накопителя, используют следующую формулу:
M = 65 000 Вт/час / (90–30) град × 1,638 Вт/град кг = 633 кг
Где:
1,638 Вт/град кг – количество тепла, выделяемое или поглощаемое для изменения температуры 1 кг воды на 1 град.
Учитывая тот факт, что масса воды практически всегда равна объёму воды, то эти 633 кг необходимо приравнять к объёму, и получиться 633 л.
У накопительного бойлера с объёмом в 750 л имеются такие размеры:
- Высота – от 1,6 до 1,9 м.
- Диаметр – не более одного метра.
- Масса данного накопителя с тепловым носителем равна 1,2 т.
Для размещения данного сооружения нужно обладать достаточно прочным фундаментом и участком в здании.
Допускается применение бойлеров с меньшей ёмкостью, и поддерживание нужного уровня температуры ночью, используя встроенные электротены. Правда, если так делать в самые холодные и морозные деньки, то возможен перегрев. И чтобы предотвратить аварийное охлаждение во время отопления, приходится периодически выливать часть горячей воды на улицу.