Печь с водяным контуром: разбираем по косточкам, решения и реализация

Автор: Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплоэнергетик

Недостатка доступного твердого топлива в России нет и не предвидится. Печь с водяным контуром стоит много дешевле котла: цены на отечественные отопительные печи с водяным регистром начинаются от 16 000 руб; усредненная по моделям стоимость такой печи ок. 40 000 руб. Более-менее приличный котел на ту же тепловую мощность стоит втрое-впятеро дороже. Дрова в отдаленных регионах зачастую бесплатны – лесники только рады будут, если кто-то валежник уберет. Древесное топливо экологично: время роста дерева до пригодности в дело соответствует времени протекания естественных климатических циклов, а при сжигании дров выделяется ровно столько углекислого газа, сколько дерево его изъяло на построение себя. Если топить ископаемым топливом, то рассредоточенный по большой площади и растянутый во времени суммарный выброс парниковых газов от множества домовых печей природа «переваривает» много легче и быстрее, чем залповый от ТЭЦ той же мощности.

Построить кирпичную или изготовить металлическую печку дело довольно хитрое, но станочного парка и производственных условий не требующее. См. напр., видео проект кирпичной печи с контуром водяного отопления для частного дома:

Видео: пример проекта печи с водяным контуром для частного дома

Покупная печь относительно недорога, но доставка тяжелого и объемистого предмета в места отдаленные может обойтись больше его стоимости: за морем телушка полушка, да рубль перевоз. В таком разрезе вопрос: «А нельзя ли сделать печь с водяным контуром своими руками?» вполне правомерен. Но, к сожалению, конструкция печи сложилась в те времена, когда о водяном отоплении еще и не думали. Современные высокотехнологичные печи работают на тех же принципах, как и круизные лайнеры плавают точно так же, как триремы времен Архимеда. Построить или правильно выбрать для покупки печь с контуром водяного отопления возможно, но при этом нужно учесть ряд специфических моментов, о чем и написана эта статья.

Примечание: первый из этих моментов – эстетический. Не надейтесь, что печка, питающая батарею отопления, будет выглядеть так, как показано слева на рис.:

Бытовые печи с водяным контуром
В лучшем случае вы получите то, что в центре. А может быть, и то, что справа. Поэтому, если для вас печь еще и украшение дома, нужно трижды и трижды подумать – а поставить ли все-таки для отопления котел? Печь ему помехой отнюдь не будет, см. в конце.

Выбор самого оптимального варианта

В уже построенном доме массивную кирпичную печь поставить будет сложно. Водяное отопление в этом случае лучше всего организовывать на базе металлической буржуйки, которую разрешается ставить на усиленный деревянный пол без заливки фундамента.

Однако если есть возможность сделать фундаментную основу как положено, то предпочтение стоит отдавать более надежной печной конструкции из кирпича.

Водяной контур по дому для дровяной печи лучше всего делать из толстых стальных труб и с естественной циркуляцией теплоносителя

Установка в рассматриваемый отопительный контур циркуляционного насоса и/или гидроаккумулятора – это пустая трата денег и ноль дополнительной пользы. Они лишь усложнят монтаж системы. А при отключении света эти устройства и вовсе создадут проблемы. Тогда как вариант обогрева без них при проблемах в электросети продолжит спокойно отапливать дом.

О недостатках и достоинствах кирпича

Кирпичная печь – сложное тяжелое сооружение, требующее под себя отдельного фундамента и производства в доме капитальных строительных работ. Встроить водяной контур в кирпичную печь гораздо сложнее, чем в стальную, см. далее. Но в то же время:

Кирпичная печь поддерживает в доме оптимальную влажность: поглощает избыток паров воды из прохладного воздуха и отдает их при нагреве во время топки.
Она же устанавливает в помещении оптимальное для здоровья температурное поле: от стен к центру все теплее.
Сокращает теплопотери дома: потоки нагретого печью воздуха создают перед окнами нисходящую тепловую завесу, много более эффективную, чем восходящая от регистров (батарей отопления) под окнами.
Выравнивает микроклимат в доме: летом поглощает некоторую часть избыточного тепла и через фундамент отводит его в грунт. Зимой таким же образом немного подогревает дом.
По причине в пред. пункте стабилизирует осадку здания, делает его более надежным, устойчивым и долговечным.

Примечание: в истории строительства известно немало случаев, когда крепкие дома, переведенные с печного на центральное отопление, после демонтажа печей начинали разрушаться.

Разновидности теплообменников для печи

При создании автономной системы отопления используется два типа теплообменников: плоские и трубчатые.

Теплообменник плоского типа

Печные котлы с теплообменником плоской конфигурации – практичный вариант для загородных домов, частных дач и бань. Их легко изготавливать, устанавливать и обслуживать.

Такие устройства монтируются вертикально и горизонтально, имеют высокий коэффициент полезного действия. Плоская конструкция котла отличается большим объемом камеры, что обеспечивает быстрый нагрев воды, необходимой для отопления и проведения водных процедур.

Существенным недостатком оборудования является снижение тепловой отдачи от стеновых конструкций печи. Теплообменник представлен в П-образной форме, монтируется по всему периметру топки. Это приводит к снижению температуры нагрева внешних стен печи и увеличению времени на обогрев помещения. Это проблематично только в тех случаях, когда отопительная печь установлена внутри жилых помещений, где процесс топки осуществляется постоянно.

Увеличить скорость нагрева плоского котла можно несколькими способами: удлинить каменку и расположить ее над топкой или использовать дымоход из металла, предварительно увеличив его длину.

Теплообменник трубчатого типа

Трубчатый котел в печку отличается типом и размерами конструкции, способом монтажа. При необходимости ремонта или замены теплообменник можно легко демонтировать из печи.

Чтобы изготовить трубчатый регистр для печи из кирпича, используются бесшовные водяные трубы, поэтому он считается самым надежным, безопасным и долговечным.

При выборе или изготовлении теплообменника нужно помнить, что его конструкция и габариты должны полностью соответствовать форме топки, что позволит нагревать максимальное количество воды. Качественно выполненный регистр обеспечивает большую площадь теплового обмена.

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.

Горелка или печь?

Самодельная капельная печь на отработке

Проблема утилизации отработанного моторного, трансмиссионного и гидравлического масла (отработки) в мировом масштабе еще далека от решения. Один из способов использовать отработку – сжечь ее, получив даровое тепло. Однако отработка – энергоемкое, но грязное и нестабильное по свойствам топливо. В горелках, позволяющих сжигать отработку полностью, применяется наддув, очистка, обезвоживание и подогрев топлива, что делает их энергозависимыми, технически сложными и требующими квалифицированного обслуживания. Мастера-любители уже довольно долго делают печи на отработке с безнапорными горелками: в них масло тихо горит непосредственно в расходном баке, испаряясь, а пары поступают в камеру сгорания (дожигатель), где смешиваются с вторичным воздухом и сгорают. За годы эксплуатации печи на отработке с безнапорными горелками показали себя достаточно экономичными, но еще более опасными; доходит до взрывов. Капельная печь правильной конструкции пожаробезопасна: свидетельства тому прошедшие соотв. сертификацию промышленные образцы; только из отечественных на рынке присутствуют ЖАР-25 стандарт/автомат, полуавтоматические НТ 602-605, НТ 612, ВН-Ж-90-П/Н, Тепламос Т-603 (Теплон) и др. Вместе с тем капельная печь конструктивно проста и может быть выполнена полностью энергонезависимой. Поэтому умельцы сейчас занялись капельными печами весьма плотно и создают конструкции порой весьма замысловатые (см. рис. справа). Однако хорошую капельную печь возможно сделать гораздо проще, а по эффективности сжигания неочищенной обводненной отработки она может вплотную подойти к такому хитрому устройству, как горелка Бабингтона.

Покупать или строить?

В продаже имеются только металлические печи с водяным контуром. Фундамент и разгром в доме для установки металлической печи не нужны, но и полезными качествами кирпичных она не обладает. В энергоэффективном доме (см. далее) можно ставить только металлическую печь. Выпускают такие многие печные фирмы, в т.ч. зарубежные ABX (Чехия), MBS (Сербия), EdilKamin (Италия). Тут, во-первых, нюанс: не спутайте с банной печью, снабженной водогрейкой для ГВС; для отопления банные печи непригодны. Отличия, если в спецификации не указано, что печь именно отопительная – банная печь всегда с каменкой. Второе – та же печь, но с водяным контуром, в продажу часто идет как котел. Как отличить от настоящего котла? По наличию варочной поверхности и топочной дверцы со смотровым стеклом. Котел не предназначен для посиделок у огонька. Третье – EdilKamin построены по схеме с водяной рубашкой и не предназначены для использования в качестве основных отопительных приборов; это фактически печь-камин с водяным контуром, см. ниже. И, наконец, российские печи с водяной рубашкой Бренеран (признак – «Аква» в названии) должны устанавливаться в нежилом помещении или в отдельной котельной, но для дачи Бренераны самое то: именно Бренеран Акватэн стоит до 20 000 руб. (без доставки). О других отечественных печах с водяным контуром см. видеообзоры:

Видео: обзоры печей с водяным контуром

Кроме того, если вы намерены купить печь для водяного отопления, учтите:

Для фабричных печей с водяным контуром действительны все указанные далее эксплуатационные ограничения;
Если отопительный котел часто продается с полным комплектом штатной обвязки, то печь – всегда без нее. Подбор и монтаж обвязки – особая непростая тема, а ее стоимость может перекрыть разницу в цене печи или котла;
В продаже имеются также каминные топки с водяным контуром. Это ни в коем случае не основные отопительные приборы, что бы там не обещали в рекламе! Каминная топка с водяной рубашкой (как и печь EdilKamin) включается в действующую локальную (домовую) СО с котлом для экономии штатного топлива или в СО энергоэффективного дома, см. далее.

Примечание: включать дополнительные теплогенерующие приборы в действующую СО нужно с несколькими степенями защиты от их нежелательного влияния друг на друга, см. напр. ролик ниже:

Видео: об опасности камина с водяным контуром

Подвал как критерий решения

В целом, если ваш дом с подвалом, в первую очередь нужно рассмотреть вопрос о приобретении и установке котла. Подвал всегда даст возвышение регистров над отопительным прибором, необходимое для построения простой, недорогой и энергонезависимой гравитационной СО (см. далее). Тепло от печи (камина) без водяного контура для стряпни и/или любования огоньком под коньячок с икоркой даром не пропадет: автоматика котла его «учует» и сэкономит штатное топливо.

Кирпичная ПВК – особенности эксплуатации

Нередко водяное отопление совмещают не только с камином или современной дровяной печью. Для многих лучшим вариантом станет установка классической кирпичной печи как источника тепловой энергии. Грамотно расширив с помощью водяного контура возможности кирпичной печи, можно качественно прогревать не только ближайшие жилые комнаты, но и всю постройку. Чтобы повысить КПД кирпичной печи, разработаны различные конструкции теплообменников (в их качестве выступают змеевики и регистры). Эксплуатация такой системы в загородном жилье обладает особенностями, в число которых входят:

Обустройство. Чтобы сложить качественную печь, а затем провести монтаж водяного отопления, потребуются мастера высокой квалификации.
Размер. Габаритная традиционная русская печь занимает много полезной площади и помещается далеко не в каждой кухне. Альтернативой для скромных по размеру помещений станет голландская или шведская кирпичная печь. Такие конструкции характеризуются меньшими размерами, но полной функциональностью.

Схема установки теплообменника Источник ogon.guru

Улучшение КПД. Максимальный КПД печи не достигает 50%; половина тепла (и денег) безвозвратно исчезает в трубе. Устройство полноценной системы водяного отопления позволяет увеличивать этот параметр до 80-85%, что сравнимо с характеристиками котлов промышленного производства, работающих на твердых видах топлива.
Инерционность. В отличие от электрических котлов, на разогрев системы, завязанной на кирпичную печь, потребуется некоторое количество времени.
Уход. Сгорающие дрова оставляют после себя золу и пыль. Комната, в которой расположена кирпичная печь, придется убирать часто и тщательно.
Требования к безопасности. Неправильная эксплуатация кирпичной печи для дома с водяным отоплением является угрозой не только пожара, но и отравления угарным газом.

Сопутствующие ограничения

Вспомним поговорку «лохматых» годов: бесплатный сыр бывает только в мышеловке. Отопительная печь с водяным контуром строится и эксплуатируется с серьезными ограничениями сравнительно с простой:

Теплообменник нельзя замуровывать в тело (строение) кирпичной печи: разность ТКР (коэффициентов термического расширения) его и строения печи очень скоро выведет из строя и то, и другое;
Если топка с водяной рубашкой, то добиться оптимального по расходу топлива хода печи/камина невозможно. Поэтому приборы такого типа могут служить только дополнительными в действующей локальной СО;
Теплообменник печи с водяным контуром должен целиком обтекаться топочными или дымовыми газами;
Запускать печь/камин с водяным контуром при порожней СО недопустимо. Если это отопительно-варочная печь, используемая круглогодично, в ней должен быть переключатель хода зима-лето, а теплообменник должен устанавливаться только в зимней части строения печи;
Подпускать воду в СО снизу, т.е. сразу в печь, можно, только если она (печь) стальная и подпитка снизу указана как штатная в спецификации производителя. СО с кирпичной печью подпитывается холодной водой только и только сверху, от расширительного бака;
Поскольку в СО с периодически топящейся печью теплообменник испытывает регулярные знакопеременные термические нагрузки, строить с печью СО закрытого типа с избыточным давлением недопустимо;
По причине в пред. пункте строить СО с печью постоянно заполненной антифризом бессмысленно: дорогой теплоноситель еще до окончания текущего отопительного сезона состарится, деградирует и пропадет;
По окончании отопительного сезона теплоноситель (вода) из СО обязательно сливается. Это необходимо для образования в трубах плотной пленки гидроокиси железа, предотвращающей их дальнейшую коррозию;
Перед началом след. сезона система заполняется водой, герметизируется и опрессовывается подкачкой воздуха с расширительный бак до 2,2 ати;
Заполнение системы нужно производить при наружной температуре не ниже 15 градусов;
Отопительный прибор запускается не ранее чем через сутки после опрессовки системы, но и не ранее, чем температура теплоносителя сравняется с комнатной;
Дровяная печь с водяным контуром должна протапливаться с промежутками между топками не более 12 час независимо от теплоемкости строения печи и внешних условий, т.е. печи нельзя давать полностью остывать. Объясняется это невысокой теплотворной способностью дров и высокой вероятностью выпадения кислотного осадка из древесных дымовых газов.

Примечание: строить с печью СО типа ленинградка нельзя – для лениградки нужны избыточное давление и принудительная циркуляция.

Как работает система

Простейший водяной контур — с естественной циркуляцией потока воды. Его основа — простое физическое явление: расширение жидкостей при их нагреве. Узлом, создающим давление, является расширительный бак (емкость для сбора воды), устанавливаемый в чердачном помещении, мансарде.

Водяной контур — это замкнутая система. Котел нагревает находящуюся в ней воду и она, расширяясь, направляется по трубе в накопительную емкость. Движение осуществляется под давлением, создаваемым постоянно поступающей в котел остывшей водой, прошедшей через всю систему. Кипяток из расширительного бака самотеком направляется вниз по трубам, ведущим к батареям. Отдав тепло, возвращается в бак и снова нагревается.

Значительно увеличить давление в системе, ускорить циркуляцию теплоносителя поможет установка насоса. При средних температурах воздуха на улице, его можно отключить и контур будет функционировать на естественном движении воды. Это позволит сэкономить на счетах за электроэнергию. Вода в насос поступает при закрытом обратном клапане. Отключая его (оставляя открытым), весь объем теплоносителя направляют в обход насоса.

Такую печь можно загружать не только дровами или каменным углем. При использовании альтернативных видов топлива существует возможность усложнить строение системы, дополнив ее:

баком для хранения гранул;
механизмом, подающим паллеты в топку (пневматическим или шнековым).

Облегчить эксплуатацию печи можно путем установки автоматической системы регулирования ее работы, принудительной вентиляции.

Печь и СО

Главное, что нужно знать, если вы решите строить печь с водяным контуром сами: для полного сгорания топлива в топке печи и достижения ею предельной тепловой эффективности температура под сводом топки, где догорают пиролизные газы, должна составлять не менее 1100 градусов. В то же время для пиролиза, полностью «высасывающего» из топлива летучие компоненты, оптимальна температура 400-600 градусов, а для загорания остаточного аморфного углерода топлива – 600-800. Температура внешней поверхности теплообменника в принципе нужна повыше, это позволяет выполнить его меньших размеров (см. далее), но стального не более 400 градусов, а чугунного не более 600 (при давлении в системе, равном атмосферному), чтобы исключить вскипание теплоносителя. Характерный размер теплообменника, устанавливаемого в топке печи – 0,3-0,5 м; устанавливаемого в дымовых каналах – 1-2 м. Еще одно: если температура в дымовых каналах упадет ниже 200 градусов, высока вероятность выпадения в печи кислотного осадка. Если печь топится бросовым (некондиционным) топливом, никогда полностью не сгорающим – также усиленное осаждение сажи в печи и дымоходе.

Зная эти обстоятельства, и возможно успешно построить печь с водяным контуром для отопления дома. Задача такова: встроить в печь теплообменник, принимающий достаточное количество тепла, но не сбивающий температуру в месте установки ниже допустимой. Печь для этого проектируется заведомо завышенной мощности: на 10-15% больше, чем нужно для обогрева дома. Эти 10-15% надо отдать на поддержание правильного хода (режима работы) печи с учетом теплоотдачи на сторону. Благодаря более равномерному распределению тепла в доме его теплопотери, зависящие от разности температур внутри и снаружи, падают, и экономия топлива за сезон составит 20-25%; до 30% в комбинированной СО (см. далее). Чистый выигрыш по затратам на топливо за сезон – 10-20%, а проигрыш сравнительно с отоплением от хорошего котла – 5-10%.

Примечание: печь с отопительным контуром позволяет построить относительно недорогую и доступную для монтажа своими силами гравитационную СО в доме без подвала, см. далее. Котел для гравитационной СО обязательно должен стоять в подвале, а если его нет – нужна энергозависимая СО с принудительной циркуляцией, также см. далее.

Еще о сложностях с кирпичом

У кирпичной печи есть одно, с точки зрения СО, «недружественное» качество: их тепловые постоянные времени (это то, что в просторечии называется тепловой инерцией) примерно равны. Тепловая инерция металлической печи на порядок меньше, чем у СО. Если система выйдет из режима, «вогнать» ее туда обратно возможно оперативной регулировкой хода печи. С кирпичной печкой так получится далеко не всегда: все оно вместе может «зациклиться» на неэкономичном и даже аварийном режиме (выражаясь «по-умному» – оказаться в метастабильном состоянии). Тогда придется или мерзнуть, дожидаясь следующей топки, или даже срочно гасить печь. Средство почти исключить «зацикливание» – топить печь 3 раза в сутки с промежутком 7-9 час (спозаранку, в середине дня и на ночь), а в самые холода – 4 раза с промежутком 6 час.

О печах на тлении

Если поискать в каталогах продукции отопительные печи длительного горения с водяным контуром, то таких не найдется. Года 3-4 тому назад мелькала угольная печка «Беспризорница», но сейчас и ее не видно. И это неспроста.

Печь длительного горения «вытаскивает» тепло из топлива медленно и постепенно. С другой стороны, эти печи критичны к температуре газов над массой топлива; для разных конструкций она колеблется в пределах 600-1000 градусов. Немного ниже – печь гаснет и спекшуюся массу из нее очень трудно выковырять. Выше – переходит на пламенное горение, для нее аварийное, а хозяевам грозящее большой бедой. Пламенная печь в том и другом случае просто съест больше топлива.

Иными словами, тепловой баланс в печи длительного горения должен поддерживаться гораздо точнее, чем в пламенной. «Лишнего» тепла (пригодного для использования) печь «на тлении» либо дает недостаточно для поддержания минимально необходимой температуры обратки в СО, либо вспыхивает. Поэтому печи длительного горения с водяным контуром и ручной регулировкой режима пригодны как водогрейные для ГВС, также понемногу накапливающей тепло в изолированном расходном баке. А чтобы приспособить печку длительного горения для отопления, ее нужно снабдить хотя бы простейшей автоматикой, оперативно регулирующей подачу воздуха. И получится… котел длительного горения. Которые давно уж выпускаются промышленностью и успешно эксплуатируются. Что же касается самодельной печи на тлении для отопления, то это как раз тот вариант, ради которого не стоит ломать ни голову, ни руки.

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.

Строим печку

Браться самому за постройку печи с отопительным контуром имеет смысл, если у вас в достатке дешевых или даровых дров. На более энергичном топливе (напр., на угле) печь со значительным отбором тепла на сторону приобретет свойства, близкие к печи длительного горения, см. выше. Чтобы она работала правильно, проект нужно тщательно рассчитать, промоделировать, довести на опытном образце и подвергнуть всесторонним испытаниям. Кроме того, печь на дровах с водяным контуром нужно строить кирпичную. Все есть яд, и все есть лекарство – ее большая тепловая инерция сделает конструкцию не столь чувствительной к согласованию параметров теплообменника и строения печи. Далее мы рассмотрим особенности изготовления того и другого, учет которых позволит упростить расчеты или построить печь без них по известному образцу.

Регистр

Сердце печи – теплообменный регистр или просто регистр. Первое, с чего начинается его изготовление – расчет площади теплового контакта. Потом выбирается конфигурация регистра (см. далее), его материал и место расположения в печи. Затем под регистр проектируются либо топка, либо канальная система, а уж по ней вся печь. В последнем случае нарушается общепринятая схема проектирования печи – от топки к трубе, поэтому может понадобиться перерасчет на стадии проектирования.

Площадь теплоконтакта

Регистр должен принять от печи столько тепла, сколько необходимо по расчету для отопления дома, исключая комнату с печью. Тепловой поток в регистр определяется на первый взгляд несложно: Q = kS(ΔT), где:

Q – тепловой поток, Вт/с;

k – коэффициент теплопередачи для материала теплообменника заданной толщины;

S – площадь теплового контакта регистра с теплоотдающей зоной печи;

ΔT – эффективная разность температур теплоотдающей зоны и теплоносителя в регистре.

Последний параметр самый каверзный, т.к. ΔT есть сложная функция зависимостей изменения температуры как в пространстве, занятом регистром, так и во времени на протяжении топки и последующей теплоотдачи печи. С достаточной в нашем случае точностью можно считать при расположении регистра в топке ΔT=800 градусов, при его размещении в колпаке колпаковой печи ΔT=550 градусов и в дымовых каналах канальной ΔT=350 градусов. Тогда 1 кв. м регистра из стали толщиной 3 мм передаст теплоносителю 12, 8,25 и 5,25 кВт соотв., а чугунный со стенками в 4 мм – вдвое меньше.

Материал и форма

В топке печи тесно, и там помещают регистр из достаточно хорошо проводящей тепло стали. Подойдет обычная конструкционная толщиной 3-4 мм; в зоне, где выше 1000 градусов, правильно сконструированный теплообменник не окажется. В каналы нужно ставить кислотоустойчивый чугунный регистр. Колпаковые печи с отопительным контуром без точного расчета строить не надо: циркуляция газов под колпаком дело тонкое. Если наугад сделанный регистр ее собьет, КПД печи сильно упадет и чистить ее придется очень часто.

Теплообменные регистры для печей с водяным контуром

Крышеобразный регистр-«домик» (поз. 1 и 2 на рис.) имеет наибольшую относительно его размеров и расхода материала принимающую тепло поверхность, но топка под него нужна высокая, чтобы «горячий» коллектор подачи не охлаждал зону догорания пиролизных газов. При проектировании печи с таким регистром за уровень свода топки принимают воображаемую плоскость, секущую места перелома вертикальных ветвей труб в сходящиеся. Величина принимающей поверхности регистра-домика считается равной геометрической площади его наружной поверхности.

Регистр, сварной из стального листа (поз. 3) – не вариант. Его принимающая тепло поверхность почти вдвое меньше геометрической, а термические напряжения с больших контактирующих с пламенем плоскостей «перетекут» на швы и скоро выведут регистр из строя.

Чертежи теплообменника (теплообменного регистра) для печи с водяным контуром

В низкую топку нужно ставить более металлоемкий коробчатый регистр (поз. 4), причем от его верха до свода топки должно остаться не менее 15 см. Чертеж коробчатого регистра «на все случаи жизни» дан на рис. справа. При его техническом проектировании расчетную величину принимающей поверхности умножают на 1,25.

В качестве чугунного регистра подойдет старая батарея-«гармошка», поз. 5 на рис. выше. Величина излучающей поверхности одной секции чугунных батарей (в данном применении – принимающей тепло) есть в справочниках по теплотехнике и коммунальному хозяйству. Любой поисковик выдаст сводку сразу, нужно только промерить имеющуюся у вас и определиться по таблице, какого она типоразмера. А по поверхности одной секции находится или необходимое их число, или общая площадь наличной батареи.

Постройка печи

Топка печи с водяным контуром обязательно должна быть шамотной, легко нагревающейся и хорошо держащей тепло. Печь с кирпичной топкой регистр выстудит и заставит дымить, даже если он где-то далеко в каналах. В последнем случае (чугунный регистр в канальной печи) желательно все тепловое ядро ее строения выложить шамотным, а регистр ставить поближе к хайлу (выходу из топки в первый колодец), чтобы температура на ближнем к топке его конце была не ниже 400 градусов.

Строительство печи с водяным контуром

Печь с водяным контуром строится «от регистра». После закладки фундамента печи и кладки ее постели (первые 2-4 сплошных ряда кладки строения печи) регистр промеряют к месту (слева на рис.), монтируют и жестко крепят в системе, и вокруг него возводят печь (в центре). Крепить регистры временно (справа) и окончательно монтировать систему после постройки печи нельзя – очень легко повредить и то, и другое! Также недопустимо крепить регистр в печи любым способом: он должен свободно в ней лежать. Выходы труб регистра за пределы строения печи ни в коем случае не замазываются! Их после полной просушки печи плотно набивают асбестовым шнуром, чтобы получилось газоплотное соединение. Если в печь будет «сифонить» воздух, она обязательно задымит, а наружу из нее пойдет угар. Дополнительно о постройке печи с крышеобразным регистром в топке см. сюжет

Видео: кирпичная печь с водяным контуром

Чугунный регистр из старой батареи маломощный. Печь с ним более подойдет для отопления дачи, напр., с жилой мансардой. Всесезонная домовая печь с контуром отопления будет представлять собой уже весьма солидное сооружение.

Схемы устройства таких печей даны на рис.:

Схемы печей с водяным контуром и переключением хода зима-лето для отопления дачи и жилого дома.

Слева – дачная. Поскольку дачные печи топятся в основном бросовым топливом, на котором предельной экономичности печи все равно не добьешься, печь целиком кирпичная. Для перехода на летний ход верхнюю задвижку открывают, а нижнюю закрывают. В домовой печи справа на рис. (переключатель зима-лето условно не показан) применены стальные регистры большой площади в каналах. Чтобы исключить выпадение кислотного дождя (при правильной топке печи, разумеется) все ее тепловое ядро выполнено шамотным, т.е. повышенной теплоемкости. В таком исполнении вероятность образования кислотного конденсата минимальна.

Монтаж ПВК

Если в загородном коттедже планируется устройство водяного отопления от кирпичной печи (на дровах), теплообменник конструируется индивидуально, под определенную печь. Такое устройство практически не подлежит ремонту, поэтому для монтажа привлекают специалиста-печника, который сможет профессионально выполнить все работы:

Изготовить теплообменник и дважды проверить его качество – до и после установки.
Вмонтировать теплообменник на нужном этапе (после выполнения фундамента), затем продолжить кладку, соблюдая определенные правила. При монтаже теплообменника оставляют компенсационные зазоры, оставляющие 1-1,5 см до стенок топочной камеры, Зазоры, учитывающие тепловое расширение, нужны и при монтаже труб.
При монтаже теплообменника с трубами и для изоляции применять исключительно жаропрочные уплотнители.

Стальные трубы для изготовления теплообменника Источник 36doors.ru

Печь в системе

Правильно построить отопительную печь с водяным контуром мало. Под нее нужно еще и правильно разработать СО, и надлежащим образом включить в нее печь.

Пройдемся вкратце по способам организации СО. Будет ли наша система однотрубной, 2-трубной, последовательной, параллельной или смешанной, вопрос важный, но другой – с точки зрения эффективности использования тепла печи для отопления дома. С точки зрения возможностей, стоимости, удобства, простоты и энергонезависимости сопряжения печи и СО важнее разобрать системы:

Открытую гравитационную (самотечную).
Открытую с принудительной циркуляцией.
Закрытую без избыточного напора.

Самотечная

Чисто термосифонных СО (наподобие систем охлаждения ДВС первых автомобилей) не существует – потери в длинных трубопроводах СО подавят термосифонную циркуляцию. Чтобы СО все-таки работала, на помощь ей нужно призвать некоторую, вполне определенную долю силы тяжести (в чисто термосифонной циркуляции доля гравитационного напора может быть сколь угодно малой).

Принцип действия гравитационной СО показан слева на рис.:

Устройство открытой грвитационной системы отопления

Если система задействована от печи в доме, выполнить условие, указанное в центре, невозможно, даже если батареи подвесить под потолком. В таком случае выручить может СО с высокорасположенным проточным расширительным баком (справа на рис.), он создаст необходимый для термосифонной циркуляции теплоносителя дополнительный напор. В централизованных СО система с проточным расширителем не применяется, т.к. требует большего расхода материалов, трудозатрат на обслуживание и, при массовом использовании, дает большие потери теплоносителя. Но в частном доме все это с лихвой компенсируется простотой, дешевизной и стабильностью работы данной СО. Изюминка ее – расширительный бак. Требования к нему таковы:

Емкости 200 л с избытком хватит для дома до 120-150 кв. м жилых.
Сделать бак удобно из бочки, поставленной на попа, т.е. вертикально.
Подпитка и запитка СО – только верхние через бак.
Бак должен быть надежно теплоизолирован: чтобы циркуляция пошла, воде в нем достаточно остыть всего на 1-2 градуса, а теплопотери от неизолированного бака будут чрезмерно велики.
Наполняется бак наполовину, как и обычный расширительный.
Чтобы избежать испарения теплоносителя и засорения его пылью, бак должен быть закрыт плотной крышкой с теплоизоляцией и воздушным дренажем.
Выходной патрубок выступает над днищем на 5-7 см, чтобы избежать засорения труб шламом.
Устье входного патрубка располагается не ниже 15 см над выходным, но не выше 20-25 к зеркалу воды при минимальном ее уровне, иначе возможно подсасывание воздуха в систему (вода из входного патрубка бьет ключом и может затянуть в выходной воздух).

Резервный (аварийный) электрокотел для систем водяного отопления с печью
Примечание: поскольку постоянно топить кирпичную печь и заправлять СО с ней антифризом нельзя, а зимняя дача с печью, кроме того, может быть оставлена на несколько дней, весьма желательно включить в систему аварийный электрокотел (см. рис. справа). Он поддержит температуру воды в системе выше точки замерзания; как правило – на уровне 5 градусов Цельсия. Правда, и электричества резервный котел скушает в сутки немало.

С насосом

СО с принудительной циркуляцией строят только с металлическими печами, если того требует спецификация изготовителя печи. Интенсивность теплоотдачи от кирпичной печи для этого слишком мала: и в доме будет холодно, и печь выстудится, а неиспользованное тепло улетит в трубу в виде несгоревшего топлива.

Для СО с печью, во-первых, из возможных схем систем с принудительной циркуляцией теплоносителя (см. рис.), нужно выбирать схему с высокорасположенным расширительным баком (выделено красным). При пропадании электропитания она обеспечит минимальную циркуляцию для того, чтобы система не разморозилась. Если резервного электрокотла нет, печь при этом нужно все время подтапливать, но понемногу, чтобы вода в системе не вскипела. Поэтому в такой СО необходим датчик температуры воды на подаче.

Схемы систем отопления открытого типа с циркуляционным насосом

Во-вторых, циркуляционный насос обязательно должен быть снабжен байпасом (обводным шунтом; bypass по англ. – обход) с обратным клапаном, см. рис. ниже. Без байпаса замерзнет и система, и насос, т.к. малюсенький термосифонный напор не продавит сквозь него воду.

Схема действия и внешний вид циркуляционного насоса системы отпления с байпасом (обводным шунтом)

Закрытая

Достаточно дорогие закрытые СО с мембранным расширительным баком применяются с печами довольно часто, т.к. компактны, работают и с металлической, и с кирпичной печью и относительно легко вписываются в интерьер дома: вся обвязка СО может располагаться в шкафчике рядом с печью (см. рис. в начале). Устройство закрытой СО, задействованной от печи, особенностей не имеет; обязательно наличие автоматического или ручного вентиля для обезводушивания системы, см. след. рис..

Устройство систем отопления закрытого типа

Принцип работы системы водяного отопления

Подобная система может работать двумя способами:

На основе естественной (гравитационной) циркуляции воды. Естественная циркуляция воды становится возможна благодаря тому, что удельный вес холодной воды больше (она тяжелее), чем горячей. Такая значимая разница позволяет холодной воде, отдавшей тепло и стекающей по трубам к теплообменнику, вытеснять горячую воду в контур отопления. Главное условие организации такой системы: точка входа холодной воды в теплообменник проектируется ниже точек выхода из радиаторов. Чтобы условие было выполнено, теплообменник стараются размещать как можно ниже, нередко в подвале.

Схема закрытой системы отопления с бойлером-накопителем Источник petrenco.com

На основе принудительной циркуляции воды. В частных строениях площадью свыше 80-100 м2 система естественной циркуляции становится неэффективной – долго прогревается и плохо регулируется. Проблема решается встраиванием перед теплообменником циркуляционного насоса. Он обеспечивает постоянное движение воды по контуру, позволяет гибко регулировать давление и быстро повышать или понижать температуру обогрева. В зависимости от модели, насос может иметь разные габариты, по-разному встраиваться в контур и издавать шум разной силы.

Подача топлива

Мастера-любители часто делают питание капельных печей топливом одноступенчатым: маслобак, шаровой вентиль, питающая трубка. Во-первых, это опасно: вентиль для удобства и той же безопасности запуска печи нужно ставить поближе к ней. Питающая трубка при нижней подаче топлива довольно сильно греется. Если по трубе нагрев пройдет за вентиль, до которого в трубке сплошной столб топлива, это грозит бедой. Во-вторых, топливное питание печи получается нестабильным: по мере прогрева трубки капель учащается, т.к. масло разжижается. Если польется струйкой, то это снова же опасно.

Капельная подача масла в печь на отработке должна быть организована по 2-ступенчатой схеме: основной (накопительный) маслобак – вентиль – расходная капельница – расходный резервуар (бачок) – свободный сток из него не ниже 60 мм от дна (для дополнительного отстоя шлама) – рабочая капельница. Подачу топлива открывают, когда растопка в чаше (см. ниже) зажжена. Пока масло в бачок накапает до уровня стока, можно не спеша отрегулировать его подачу, а потом оно закапает в чашу капля в каплю.

Схема безопасного питания капельной печи из расходного бачка с предохранительным клапаном и капилляром

Данная система, однако, не вполне безопасна. Если второпях, по незнанию или просто стремясь поскорее согреться с мороза слишком сильно открыть вентиль, расходник сразу наполнится, в печь хлынет топливо, а она выбросит язык огня и пойдет плеваться горящими брызгами. Правильно будет построить систему капельной подачи масла в печь с предохранительным поплавковым клапаном и дозирующим капилляром (см. рис. справа).

Поскольку разные металлы смачиваются отработкой по-разному, и свойства ее существенно меняются от партии в партии, длину капилляра нужно будет подобрать: масло подают под гравитационным напором 120-150 мм (из подвешенной емкости) при комнатной температуре, а капилляр подбирают так, чтобы капало почаще, но с ясно различимыми на глаз каплями. От такого же питателя может быть задействована капельная печь на солярке, но капилляр нужно будет взять с просветом 0,6-1 мм и длиной в 2,5-3 раза большей, чем для отработки. Недостаток у такой схемы подачи топлива в капельную печь один: отработка – грязное топливо, и капилляр придется периодически прочищать.

Примечание: если не полениться и сделать расходный бачок со сменными капиллярами для разных масел и солярки, печь станет многотопливной.