Существует множество методов отопления загородного дома, использующих как газ, так и электричество. Тем не менее, несмотря на разнообразие современных технологий, печное отопление остается востребованным способом обогрева дач и загородных коттеджей.
Не станем отрицать, что печь на дровах великолепно дополняет атмосферу русской избы. Кроме того, использование твердого топлива признается одним из самых бюджетных подходов к отоплению.
Процесс организации системы обогрева начинается с выбора отопительной печи и выбора типа системы отопления. Давайте подробнее рассмотрим конструкции и принципы работы водяного и воздушного отопления на базе печи. Мы дополнительно иллюстрировали материал схемами и фотографиями для наглядности.
Краткое содержание статьи
Отопление с помощью воздушной системы
Одной из главных причин, по которой владельцы загородных домов выбирают печное отопление, является экономия на эксплуатации — дрова, топливные брикеты и уголь являются доступными видами топлива.
К недостаткам относится ограниченность обрабатываемого пространства, что можно преодолеть с помощью установки водяной или воздушной системы, функционирующей на базе кирпичной печи.
Особенности установки отопления в малоэтажных домах с использованием печи иллюстрируются в подборке фотографий:
Галерея изображений
Печное отопление продолжает оставаться популярным в частном секторе, благодаря своей доступности, независимости от централизованных систем и низким затратам.
Большим минусом печного отопления является его ограниченная эффективность — обычно печь не может одновременно обогревать более трех смежных комнат.
Печь — отличный выбор для отопления небольших дачных домиков и коттеджей с двумя-тремя комнатами, а также охотничьих домов.
При проектировании установка печи не производится у наружных стен, а располагается так, чтобы агрегат частично находился в большинстве помещений.
В организации печного отопления для загородных коттеджей могут использоваться как традиционные русские конструкции, так и современные заводские модели с чугунным или стальным корпусом.
Компактные устройства с тонкими стенками занимают минимум пространства и функционируют эффективно, комплектуются системами управления и контроля.
Классические кирпичные печи делятся на агрегаты периодического и непрерывного действия: в первых процесс горения длится дольше, вторые требуют постоянного разжигания.
Для отопления двухэтажных коттеджей применяются двухуровневые печи с одним дымоходом, в котором устраивается перегородка для оптимизации оттока дыма из обеих половин устройства.
Варианты печного отопления в частном домостроении
Пределы отопления печью загородных домов
Обогрев небольших коттеджей и дачных домиков
Нюансы расположения печей в малоэтажных домах
Стальная дровяная печь заводского производства
Тонкостенный твердотопливный агрегат
Толстостенная русская печь для дров, угля, торфа
Двухэтажная каменная печь в частном хозяйстве
Принцип работы воздушного отопления на основе печи или камина включает в себя передачу теплого воздушного потока, подогретого до необходимой температуры в теплообменнике или котле. Воздух поступает либо непосредственно в комнату, либо через воздуховоды.
Благодаря небольшой длине пути воздух не успевает остыть, что приводит к равномерному распределению тепла по всему дому.
Камеру нагрева воздуха проектируют над топкой, чтобы получить максимальное количество тепла от горячей верхней поверхности и дымохода. Циркуляция воздуха происходит естественным образом или при помощи вентиляторов.
Цена стальной печи от производителя для обогрева площади в 120 квадратных метров с помощью воздушных потоков составляет около 12 000 рублей.
Естественная циркуляция возникает из-за разницы плотности холодного и горячего воздуха. Холодный воздух, попадая в нагревательную камеру, вытесняет горячий воздух в воздуховоды.
Этот метод не требует электроэнергии, однако при недостаточно быстром движении воздуха через нагреватель может произойти перегрев, что может вызвать проблемы.
Воздушное отопление с естественным движением предполагает установку воздуховодов для локального перемещения воздуха. В вариантах с принудительной циркуляцией ветер стимулируется вентилятором (+).
Принудительное движение осуществляется при помощи вентиляторов или насосов. Такой подход обеспечивает более быстрое и равномерное нагревание воздуха. Благодаря управлению режимом принудительной вентиляции можно легко регулировать объем воздуха, подаваемого в разные помещения, что помогает создать комфортный микроклимат в отдельных комнатах.
Системы делятся на два типа по способу подачи холодного воздуха:
- С полной рециркуляцией. Нагретый воздух перемешивается с охлажденным в пределах одного помещения. Недостаток в том, что качество воздуха ухудшается после каждого цикла нагрева и охлаждения.
- С частичной рекуперацией. Часть свежего воздуха забирается с улицы и смешивается с количеством воздуха из помещения. После подогрева эта смесь подается в помещение. Преимущество — стабильное качество воздуха, недостаток — энергетическая зависимость.
К первой группе относятся системы с естественной циркуляцией воздуха. Вторая категория охватывает варианты с принудительной циркуляцией, для которых не всегда необходимо создавать сеть воздуховодов.
Подпитка от улицы дает дополнительный импульс системе с естественным движением, что позволяет обойтись без вентиляторов.
Ключевые достоинства воздушного отопления по сравнению с водяным:
- высокий коэффициент полезного действия;
- отсутствие аварийных ситуаций;
- не требуется установка радиаторов в помещениях.
Включение системы с принудительным движением воздуха позволяет избежать необходимости в установке воздуховодов. Кроме того, такую систему можно комбинировать с кондиционированием, увлажнением и ионизацией воздуха.
Если не предполагается установка устройства для стимуляции движения нагретого воздуха, можно воспользоваться другими способами повышения производительности печи:
Галерея изображений
Эффективность главного узла печного отопления зависит от качественного выполнения конструкции.
Для увеличения теплоотдачи при строительстве печей создаются дымоходные каналы — конструкции внутри печи, которые помогают удерживать тепло.
Для того чтобы максимально извлекать тепло, длину дымоходов увеличивают, изменяя их направление. Дымоходы могут быть вертикальными, горизонтальными, подъемными и опускными.
Чтобы не было проблем с отводом газов, стены дымоходов должны быть чистыми и гладкими. Их не следует штукатурить, чтобы не создавать условия для заторов.
Факторы повышения эффективности печи
Способы увеличения теплоотдачи
Варианты дымоходных систем
Правила устройства дымоходов
Увеличение коэффициента полезного действия непосредственно ускоряет движение воздушного потока: чем быстрее нагревается воздух, тем интенсивнее происходит замена холодного и теплого воздуха.
Среди основных недостатков воздушного отопления в сравнении с водяным выделяются следующие:
- температура подаваемого воздуха изменяется в большом диапазоне, в отличие от других отопительных систем;
- воздуховоды имеют крупный диаметр, что требует монтажа уже на этапе строительства;
- желательно размещать печь в подвале, иначе потребуется установка вентиляторов, которые могут создавать шум.
Движение воздуха в помещении также имеет свои минусы — поднимает пыль, однако установка фильтров на выходе из воздуховодов позволяет эффективно улавливать пыль, тем самым снижая ее количество в доме.
Отметим еще одну черту воздушного отопления: скорость передачи тепла. С одной стороны, комнаты нагреваются быстрее, чем при водяном отоплении, с другой — отсутствует тепловая инерция: как только печь или камин гасит, помещение сразу начинает охлаждаться.
Для поддержания равномерного давления в боковых ответвлениях воздуховодов следует избегать их подключения в последние полметра магистрального воздуховода.
В отличие от водяного отопления монтаж системы воздушного отопления является достаточно простым процессом. Все компоненты (трубы, отводы, вентиляционные решетки) легко соединяются без использования сварки. Существуют гибкие воздуховоды, которые могут принимать любую необходимую форму в зависимости от конфигурации помещений.
Тем не менее, системы воздушного отопления на основе печей или каминов пока не получили широкого распространения. В индивидуальном малоэтажном строительстве чаще используется водяной контур для обогрева помещений.
На базе печи или камина с кирпичной или стальной топкой можно создать как воздушное, так и водяное отопление.
Устройство водяного отопления на основе печи
Работа любой системы водяного отопления основывается на распределении тепла от локального источника по всему помещению путем движения воды по отопительному контуру.
Основные компоненты водяного отопления
Для схемы печного отопления с водяным контуром основными элементами являются:
- печь или камин с теплообменником, где осуществляется нагрев воды;
- отопительный контур, который отвечает за передачу тепла в помещение;
- расширительный бак для защиты системы от повышенного давления;
- циркуляционный насос для обеспечения движения воды по контуру.
Существуют общие правила для функционирования водяного отопления, включая схемы разводки, которые известны и которым следует придерживаться. Однако в случае использования печи как источника тепла есть особые требования, связанные с температурным режимом.
Принцип функционирования системы водяного отопления, основанной на печи или камине, достаточно прост, однако крайне важно точно рассчитать характеристики всех её компонентов.
Печи обладают медленным процессом нагрева и остывания, что может привести к неравномерному выделению тепла. Лишь правильная установка всех составляющих системы позволит избежать проблем с качественным прогревом жилых помещений.
Типы теплообменников и их расположение
Теплообменники для печей обычно изготавливают из листовой «черной» стали или жаропрочной нержавейки. Использование чугуна для этого процесса считается сложным, но можно применять готовые чугунные изделия, например, радиаторы.
В качестве альтернативы можно рассмотреть медь, обладающую более высокой теплопроводностью, хотя стоит отметить, что устройства из неё будут стоить значительно дороже. Рекомендуется изготавливать теплообменник из стали, толщина которой составляет не менее 3 мм. При увеличении температур, вызванных использованием угля или кокса, следует применять сталь толщиной от 5 мм.
Теплообменники можно условно классифицировать на три типа:
- регистры, змеевики и радиаторы, состоящие из труб;
- рубашки (котлы), выполненные из листовой стали;
- комбинированные конструкции в виде вертикальных стенок, соединенных трубами (так называемые «книжки»).
Рубашки из листового металла проще в изготовлении и легче чистятся от продуктов сгорания, однако трубчатые конструкции обеспечивают большую поверхность для нагрева. При создании рубашки важно учитывать давление воды, возникающее при использовании мембранного расширительного бака или при значительной высоте подъема воды.
Теплообменник для водяного отопления, основанный на печи, можно изготовить из подручных материалов.
Галерея изображений
Для организации водяного отопления на основе печи её снабжают встроенным котлом или теплообменником.
Чем больше площадь теплообменника, тем выше эффективность работы печи. Возможно использование чугунной батареи как одного из решений.
Если нет возможности создать объемный теплообменник, его можно изготовить в форме двух труб или змеевика. Для повышения скорости движения теплоносителя в систему вводят циркуляционный насос.
При проектировании схемы печного отопления стремятся минимизировать количество агрегатов, при этом предпочтение отдается функциям подготовки теплоносителя в варочной печи.
Теплообменник кирпичной печи
Теплообменник из чугунной батареи
Тип принудительного отопления
Теплообменник в варочной печи
При этом следует использовать сталь толщиной не менее 5 мм и дополнительно укрепить стенки ребрами жесткости, чтобы избежать деформации.
Форма трубчатых конструкций может варьироваться, но важно, чтобы внутренний диаметр труб составлял не менее 3 см. В противном случае, при медленной циркуляции или слишком высокой температуре может произойти кипение воды.
Регистры, как правило, изготавливаются из профильных труб, а не из круглых, что упрощает процесс сварки.
Создавать теплообменник собственными силами вполне реально. Важно уделить особое внимание качеству сварных швов. В случае протечки теплообменника вся вода окажется в печи.
Кроме того, для устранения такой проблемы потребуется проделать много работы: разобрать печь, извлечь теплообменник, заварить место течи и вернуть его обратно, а затем собрать печь заново.
Существуют два способа размещения теплообменника. В первом его устанавливают непосредственно в топливнике, что значительно уменьшает его пространство. Во втором варианте регистры монтируются в колпаке безоборотных печей, однако такая печь будет иметь более сложную конструкцию.
При наличии колпаковой печи лучше всего разместить теплообменник в колпаке, где температура также высокая, а пространство топки останется неизменным.
При установке трубчатого теплообменника следует оставлять зазор между ним и стенкой печи. Это необходимо для лучшего нагрева теплоносителя, а также для возможности очищать регистры. Регулярная очистка как рубашек, так и регистров крайне важна, так как сильное загрязнение золой снижает эффективность теплообмена.
Если в системе есть варочная плита, очистка осуществляется после её снятия. Если печь служит только для отопления, процесс чистки происходит через топочную дверцу.
Циркуляция воды в системе отопления
Основные принципы организации естественной циркуляции воды в системе заключаются в создании «коллектора разгона» на выходе из теплообменника и поддержании постоянного уклона труб отопительного контура в пределах 3-5°.
Суть «коллектора разгона» заключается в том, что горячая вода, поднимаясь вертикально от печи, затем распределяется по отопительной системе.
Циркуляция осуществляется благодаря разнице в удельном весе холодной и горячей воды. Более тяжелая холодная вода, стремясь к теплообменнику, вытесняет горячую воду вверх по трубам. Точка входа «обратки» должна находиться ниже выходов воды из радиаторов, иначе циркуляция будет слишком медленной или полностью остановится.
Коллектор разгона необходим даже для небольших контуров отопления при использовании естественной циркуляции.
Для повышения скорости воды в трубах отопления устанавливают циркуляционный насос. Это обеспечивает более равномерное распределение тепла в доме. Можно использовать несколько насосов для различных контуров отопления.
При нестабильности напряжения обязательно нужно использовать стабилизатор, так как поломка насоса может привести к серьезным проблемам в системе.
Насосы можно условно разделить на две категории в зависимости от положения двигателя: с «сухим» ротором и с «мокрым» ротором. А также по типу напряжения: на 220 В и 12 В.
В насосах с «сухим» ротором двигатель изолирован от крыльчатки, которая находится в воде, двумя уплотнительными кольцами. Эти насосы, как правило, имеют более высокий КПД по сравнению с насосами с погруженным в воду двигателем.
Тем не менее, их недостатками являются высокий уровень шума, необходимость регулярного обслуживания и меньший моторесурс. Поэтому в частных домах чаще используют насосы с «мокрым» ротором.
Выбор напряжения насоса зависит от возможности осуществления естественной циркуляции в системе. Если она невозможна без насоса, предпочтение следует отдать варианту на 12 В с источником бесперебойного питания.
В противном случае, отключение электричества может привести к кипению воды и выходу системы из строя. Если естественная циркуляция возможна, разумнее купить более дешевый и широко доступный насос на 220 В.
Подключив насос на 12 В к источнику бесперебойного питания, можно быть уверенным в надежной работе системы отопления.
При установке насоса на 220 В необходимо продумать варианты функционирования системы обогрева в случае отключения электроэнергии. Для этого на трубопроводе устанавливается запорный кран, а монтируется обходная труба с насосом (так называемый «байпас»).
На обходной трубе, перед насосом, нужно установить кран-фильтр, а после него — запорный кран. Настройка положения запорных кранов на основной и обходной трубах позволит переключаться между режимами принудительной и естественной циркуляции.
Обычно насос устанавливают на «обратке» рядом с печью, чтобы температура жидкости, проходящей через устройство, была наименьшей. Это значительно продлевает его срок службы.
Кроме того, полезно размещать максимальное количество элементов управления системой отопления в одном месте. Это позволит оперативно реагировать на потенциальные аварийные ситуации.
Монтаж обходной трубы (байпас) позволяет системе обогрева функционировать при отсутствии электричества и дает возможность демонтировать насос без слива воды.
Правила эксплуатации расширительного бака
При нагревании жидкость расширяется, и если это происходит в замкнутой системе, давление внутри неё может возрасти до опасных значений, что может привести к прорыву. Установка предохранительного клапана недостаточна, так как после остывания жидкости воздух может получить доступ в систему.
В связи с этим, в системах отопления с принудительным движением воды устанавливаются специальные расширительные баки открытого или закрытого типов. Их объем рассчитывается с учетом не только максимального теплового расширения жидкости (5-7%), но и возможности закипания системы.
Бак открытого типа используется в гравитационных системах печного отопления, обеспечивающих естественное перемещение теплоносителя. Он представляет собой металлический контейнер произвольной формы, установленный в верхней части отопительного контура и имеющий прямое сообщение с атмосферой, что приводит к испарению части теплоносителя.
Трубопровод подключается к нижней части или к нижней четверти бака, а к верхней части приваривается патрубок для отведения воды при переполнении и выхода воздуха из системы. Практика показывает, что объем бака в открытой системе должен составлять не менее 15% от общего объема воды в отоплении.
Как правило, бак открытого типа располагают в техническом помещении, и его внешний вид не имеет большого значения.
Закрытый или мембранный бак представляет собой герметичный сосуд с внутренней мембраной. При нагревании вода увеличивает давление, расправляет мембрану, и избыток жидкости поступает в бак. При превышении давления срабатывает автоматика, удаляющая излишек теплоносителя в канализацию.
После первого сброса нет необходимости вновь его выполнять, так как объем теплоносителя выравнивается с объемом системы.
Закрытый мембранный бак устанавливается перед насосом. В отличие от открытого, эта емкость не способна самостоятельно избавляться от воздуха, поэтому в верхней части отопительного контура важно установить кран Маевского (механический воздухоотводчик) или его автоматический аналог.
Единственный компонент мембранного бака, который может выйти из строя со временем, — это мембрана. Поэтому рекомендуется приобретать бак с возможностью замены этого элемента.
При выборе бака закрытого типа, иногда называемого гидроаккумулятором, важно не перепутать его с аналогичным устройством для водоснабжения.
Для мембранного бака, используемого в системе отопления, максимальная рабочая температура составляет до 120°C, а давление — до 3 Бар. Водоснабжение требует использования баков, работающих при температуре до 70°C и давлении до 10 Бар.
Выбор между трубами и радиаторами
Водяной контур печного отопления можно реализовать с помощью системы пластиковых труб с радиаторами (батареями) либо с металлическими трубами. Основным преимуществом радиаторов является их эстетический вид по сравнению с громоздкими воздуховодами.
Пластиковая разводка легко прячется в пол, так как она не выделяет тепло. Хотя согласно правилам, система водяного отопления должна быть открытой. У полимерных труб есть ограничения: их нельзя устанавливать в местах с риском плавления и под воздействием прямых UV-лучей.
Металлические трубы выгодны благодаря более доступной цене всей отопительной системы, простоте установки и меньшему количеству проблем в процессе эксплуатации.
Замена системы радиирора (металлопластиковыми подводками) на металлические трубы целесообразна в тех случаях, когда оформление помещения не имеет большого значения.
Значительным плюсом радиаторной системы является возможность легкой регулировки теплоотдачи. Даже при точных расчетах температурного режима можно внести корректировки. Например, для малышей до 6 месяцев рекомендуемая температура составляет 19-21°C, в то время как для остальных комнат оптимальной считается температура 25°C.
Для поддержания нужной температуры в течение длительного времени может потребоваться закрыть кран подачи тепла к одному из радиаторов. В случае с металлической трубой решение возможно, но требует более сложных действий: нужно уменьшить теплоотдачу определенного участка трубы с помощью пенополиуретановой или фольгированной изоляции.
Альтернативным вариантом подачи тепла может быть водяной теплый пол. Он предлагает высокий уровень комфорта, однако его установка требует значительно больше времени и усилий, чем описанные ранее решения.
Кроме того, уклон для естественной циркуляции воды в теплых полах обеспечить не получится. Это требует применения циркуляционного насоса, учитывая небольшой диаметр труб.
Для продвижения воды в системе теплого пола необходимо использовать насос, так как естественная циркуляция не будет функционировать при такой конфигурации отопительной системы.
Предотвращение перемерзания системы отопления
Использование воды в качестве теплоносителя имеет недостаток: в случае замерзания системы отопления могут пострадать трубы и оборудование. Восстановить теплообменник, встроенный в печь, будет особенно сложно.
Эта проблема наиболее актуальна для домов, которые в зимний период могут оставаться без отопления на длительное время. Один из способов избежать повреждений системы — применять антифриз, специально разработанный для отопительных систем.
Для жилых помещений в качестве антифриза чаще всего используются жидкости на основе пропиленгликоля, так как это нетоксичное вещество в отличие от этиленгликоля.
Однако использование антифриза сопряжено с рядом недостатков:
- антифриз на основе пропиленгликоля имеет высокую стоимость (начиная с 80 р/литр);
- удельная теплоемкость антифриза ниже, чем у воды (примерно на 15%), что требует большей мощности котла и увеличенной площади обогрева;
- у антифриза большая динамическая вязкость по сравнению с водой, что требует более мощного циркуляционного насоса и делает естественную циркуляцию невозможной;
- при нагреве антифриз увеличивается в объеме до 40%, что обязывает использовать большой закрытый расширительный бак;
- пропиленгликоль обладает высокой текучестью, что позволяет ему проникать через соединения в системе отопления, где вода не проходит;
- пропиленгликоль несовместим с оцинкованными трубами, поскольку взаимодействие с добавками антифриза приводит к утрате свойств;
- при закипании антифриза (что возможно при функционировании печей) происходит нежелательная химическая реакция, что заставляет полностью сливать систему и закачивать новый антифриз.
Для применения антифриза систему отопления нужно заранее проектировать, так как использование его в системах, рассчитанных на воду, может стать проблематичным.
К тому же проект с использованием антифриза будет заметно дороже, чем обычная система водяного отопления. Поэтому его применение в частных домах с печным отоплением пока не является распространенной практикой, и для предотвращения замерзания используются альтернативные методы.
При выборе жидкости для отопительной системы важно учитывать не только физико-химические характеристики, но также ее безопасность для окружающей среды.
Слив воды из контура и рубашки или регистра печи наиболее распространенное решение проблемы, когда хозяева долго отсутствуют. Однако этот метод требует дополнительных усилий и создает доступ для воздуха к металлическим элементам изнутри, что может способствовать коррозии.
Для краткосрочного решения проблемы можно интегрировать в отопительный контур электрический котел небольшой мощности. Его работа на минимальном уровне потребления энергии может временно поддерживать положительную температуру воды.
Наш электрический котел малой мощности, подключенный к отопительной системе, способен поддерживать положительную температуру воды в случаях длительного отсутствия жильцов.
Выводы и полезное видео по теме
Рабочая система отопления на основе печи и водяного контура в частном доме площадью 80 квадратных метров:
Тепло в систему отопления от печей и каминов поступает порционно, что усложняет задачу расчетов параметров элементов. Перестройка контура может быть крайне сложной, поэтому, если у вас нет достаточного опыта, лучше обратиться к профессионалам, которые умеют справляться с такими задачами.
Имеется ли у вас опыт установки печного отопления? Или вы используете его для обогрева своего дома и хотите поделиться своими впечатлениями об эксплуатации печи? Оставляйте комментарии и задавайте вопросы. Форма обратной связи находится ниже.
