Як вибрати піч з водяним контуром – теплообмінником

У минулому столітті приватні одноповерхові оселі часто обігрівалися дров’яною піччю, під’єднаною до регістрів чи батарей самопливної системи. Всередині обігрівача ставився металевий бак – котел з водою, що нагрівався полум’ям топки. Така схема зберігає привабливість завдяки енергонезалежності та невимогливості до якості дров. Наша задача – допомогти домовласникові вибрати піч з водяним контуром для опалення будинку, а також розповісти про її підключення і експлуатацію.

Печі з водяним контуром – 3 різновиди

Для реалізації пічного обігріву, поєднаного з радіаторною системою приватного будинку, застосовується 3 види печей з водяним контуром:

• металеві – сталеві та чавунні буржуйки з вбудованим змійовиком для нагрівання теплоносія;
• камінні топки з теплообмінником чи водяною сорочкою;
• опалювально-варильні печі з цегли, обладнані залізним котлом.

Примітка. Буржуйки для бань з баком і змійовиком конструктивно схожі на перераховані агрегати. Пристосувати банну піч для потреб парового опалення теоретично можливо, але надто клопітно і незручно з точки зору експлуатації.

До цієї компанії варто додати альтернативний варіант – сталеві буржуйки на дровах, виготовлені своїми руками. Ці пічки заслуговують на увагу, оскільки не поступаються заводським за надійністю і тепловіддачею, зате обходяться вдвічі дешевше. Зовнішній вигляд буржуйки не завжди грає важливу роль.

Пропонуємо розглянути печі кожної групи окремо, загострюючи увагу на позитивних і негативних моментах, важливих для домовласника.

Недоліки металевих буржуйок

В дров’яних печах заводського виготовлення теплоносій підігрівається трьома способами:

1. У верхній зоні топки або поруч з виходом димових газів встановлений водотрубний теплообмінник.
2. Одна стінка камери згоряння (верхня чи бічна) контактує з водяним прошарком, що нагадує сорочку твердопаливного котла.
3. Кілька труб з теплоносієм огинають напівкруглі стінки топки. Знизу і зверху їх кінці врізаються в загальні колектори, як показано на кресленні.

Довідка. Приклад водогрійної буржуйки з частковою водяною сорочкою – піч для опалення будинку «Термофор Гідравлік», з бічними трубами – перероблені конвекційні обігрівачі «Аква-Булер’ян».

Виробники часто комплектують пічки додатковим електричним нагрівачем – ТЕНом потужністю 1…15 кВт. Мета – підтримати температуру теплоносія та повітря в приватному будинку після вигоряння порції твердого палива. Деякі моделі обладнані варильною поверхнею на 1–2 конфорки.

Реальна перевага металевих опалювальних агрегатів – низька вартість і швидкість монтажу порівняно з муруванням цегляної печі. Приклад: ціна обігрівача «Аква-Булер’ян» потужністю 5 кВт становить 11300 грн або 445 у. о. (без димоходу). При встановленні буржуйки своїми руками ви витратите ще 50–100 у. о. на супутні матеріали.

Зауваження. Вартість димохідної труби, потрібної для будь-якої печі, не враховується. Ціна сильно залежить від висоти димаря, конструкції каналу і схеми прокладки.

Тепер розберемося з недоліками:

• що б не стверджували виробники і продавці, максимальний ККД повітряно-водяних печей на дровах і вугіллі становить 60%;
• агрегат однаково швидко нагрівається і остигає;
• теплообмінника зазвичай вистачає на обігрів 2–3 невеликих кімнат (по 1 радіатору в кожній);
• водяний контур печі швидко прогорить без системи циркуляції теплоносія.

Роз’яснімо останній пункт. Якщо рух води через змійовик припиниться, теплообмінник перегріється. Спочатку вода закипить, потім випарується і розірве найслабкіше з’єднання. Пізніше водяний контур прогорить і остаточно вийде з ладу.

Також згадаємо питання естетики. Постійно використовуючи піч для опалення житла, ви не отримаєте красивої картинки, яку люблять показувати виробники на фото. Буржуйка досить швидко забрудниться, в приміщенні з’явиться деревний чи вугільний пил, запах диму.

Камінні топки – плюси і мінуси

Прямокутна піч з водяним контуром, виготовлена у вигляді каміна, конструктивно набагато ближча до ТТ-котла. Бічні стінки паливної камери омиваються теплоносієм, лицьова і верхня частина підігріває повітря приміщення. Днище отримує мало теплоти, тому не враховується.

Позитивні сторони камінних топок, оснащених водяною теплообмінною сорочкою:

• ефективність спалювання палива – до 70%;
• прийнятна вартість (порівняно з цегляними печами);
• простий і швидкий монтаж;
• піч-камін, обладнаний прозорими дверцятами, відмінно впишеться в інтер’єр кімнати.

Довідка. Камінна водяна топка «Термофор Акваріус» з тепловіддачею 12 кВт вартує близько 600 у. о. Додаткові витрати оцінити складно, їх величина залежить від способу декоративного оформлення каміна. Бюджетний варіант: ставите обігрівач на міцну основу, підключаєте до радіаторної мережі, а облицювання робите самостійно чи відкладаєте на потім.

Мінуси металевих топок схожі на недоліки печей:

• камін швидко розігрівається і охолоджується, потребує безперервної циркуляції теплоносія;
• забезпечує теплом обмежене число батарей;
• через перепад температур на внутрішніх стінках утворюється конденсат і відкладається наліт сажі;
• повна схожість з натуральним каміном досягається за рахунок оформлення – декоративної цегляної кладки або гіпсокартонної обшивки.

Використовуючи камінну топку як основне джерело теплової енергії, не розраховуйте на тривале горіння з 1 закладки палива. Приклад: корисний об’єм камери згоряння вищезгаданого «Акваріуса» – всього 62 літри, та повністю забити топку дровами не вийде. Доведеться підкидати поліна кожні 3–4 години.

Примітка. Більшість сталевих печей страждає аналогічним недоліком – в режимі інтенсивного горіння дрова треба підкидати досить часто.

Сильні і слабкі сторони цегляних печей

Теплообмінники встановлюються в піч двома способами – прямо в топку або в газохід, на шляху розпечених продуктів горіння. Кожен варіант відрізняється своїми нюансами:

• котел в камері згоряння швидко прогрівається від полум’я, але утворює конденсат і сажу на стінках;
• в разі закипання і утворення пари бак може розірватися прямо в топці і розвалити цегляне мурування;
• теплообмінник всередині димового каналу набагато безпечніший, але гріється повільніше, бо отримує менше тепла.

Довідка. Змійовик, поміщений в газохід, повинен мати вдвічі більшу теплообмінну площу порівняно з котлом в топці.

Головний недолік будь-якого цегельного опалювача – висока вартість матеріалів і будівельних робіт. Припустімо, ви вирішите заощадити і скласти піч самостійно. Тут потрібен досвід, час і технічна можливість – починати будівництво посеред обжитого будинку непросто. Оптимальний варіант – закладати фундамент печі на етапі зведення стін.

За що цінуються кам’яні печі з теплообмінником:

• термін служби незрівнянно більший за будь-який теплогенератор – мінімум 50 років;
• здатність накопичувати тепло, довго обігрівати суміжні приміщення після згасання топки;
• максимальний ККД – 70…75%;
• в натопленій печі добре вигорає сажа, яка спочатку з’являється на стінках бака і в димоході;
• деякі пічні споруди – канальна «голландка», «шведка», ковпакова конструкція Кузнєцова – можуть спокійно опалювати двоповерховий будинок.

Цікавий факт. Водонагрівальну секцію можна додати до будь-якої цегляної грубки. Досвідчені майстри-пічники знають, як змінити схему та порядовки для встановлення теплообмінного водяного регістра.

Поради щодо вибору водогрійної грубки

Рекомендація номер один: для нагріву теплоносія в мережі водяного опалення краще використовуйте твердопаливний котел. Можна купити чи зварити агрегат тривалого горіння з об’ємом завантажувальної камери більше 100 літрів. Сучасні ТТ-котли направляють 75-80% енергії спалювання на розігрів води і майже не піднімають температуру навколишнього повітря.

Якщо з різних причин ви хочете ставити піч з теплообмінником, прислухайтеся до наступних порад:

1. Чавунна або сталева буржуйка добре підійде для невеликої дачі площею 40–80 м². Опалювача вистачить на конвекційний обігрів центральної кімнати, в сусідніх приміщеннях встановіть батареї.
2. Камінна топка або залізна грубка, оснащена панорамним склом, стане вдалим рішенням для вітальні. Одна умова: застосовуйте піч як додаткове джерело тепла, а основне навантаження хай несе газовий чи дров’яний теплогенератор. Тоді вдасться зберегти чистоту і порядок в кімнаті.

   

3. На етапі будівництва будинку однозначно закладайте піч з цегли. Це кращий варіант порівняно з залізними буржуйками.
4. Теоретично потужності камінної топки вистачить на опалення квадратури 100–120 м². Практика показує: без допомоги другого теплогенератора її доведеться завантажувати дровами з інтервалом 3–4 години. Тому розраховуйте на меншу площу обігріву.

Важливий момент. Всі дров’яні печі, обладнані водяним контуром, об’єднує одна особливість: через інтенсивний відбір теплоти поверхні змійовика і стінки димоходу рясно покриваються сажею. Єдиний вихід – топити грубку на максимумі, щоб наліт сажі вигоряв від високої температури. Підтримувати такий режим не завжди зручно.

Як вибрати конструкцію і розрахувати площу теплообмінника цегляної печі:

1. Якщо регістр знаходиться всередині топки, 1 м² його площі передаватиме воді до 10 кВт теплоти. Приклад: для обігріву приміщення 80 квадратів потрібно близько 8 кВт енергії, поверхня теплообміну – 0.8 м².
2. Змійовик у димохідному каналі матиме меншу ефективність. Розраховуйте на тепловіддачу 400–500 Вт з 1 м² регістра.
3. Для зручності очистки котел краще зробити пласким – у вигляді бака з підвідними патрубками. Ребристі конструкції з круглих трубопроводів вичищати складніше. Для монтажу всередині газоходу краще зваріть регістр з профільних труб.
4. Матеріал теплообмінника – низьковуглецева сталь марки Ст10…Ст20 завтовшки 4–5 мм. Допускається застосовувати жаростійку або нержавіючу сталь 2–4 мм, але її треба зварювати в середовищі інертного газу – аргону.
5. Використовувати готові чавунні батареї категорично не рекомендується. Причини: метал дає тріщини від температурного шоку, а ущільнення між секціями з часом вигорить, з’явиться витік теплоносія.

Порада. Не завищуйте теплообмінну площу контуру «про запас». Тіло печі отримає набагато менше теплоти, а вода в регістрі може перегрітися й закипіти. Не ризикуйте і не закладайте в димохід труби з гофрованої нержавіючої сталі – її реальну якість і площу визначити складно.

Домашні умільці постійно висувають різні ідеї щодо вдосконалення опалювачів. Заслуговує на увагу варіант зі сталевими пласкими батареями, що служать пічними теплообмінниками. Огляд цього варіанту дивіться на відео:

Схеми підключення водяного контуру

В рамках цієї публікації ми не розповідатимемо про способи виготовлення пічок, а відразу перейдемо до обв’язки. Якщо ви бажаєте самостійно зробити водонагрівальну піч, радимо ознайомитися з інструкцією з виготовлення печі-котла «Бубафоня» та мурування коминку з цегли.

Після придбання заводської грубки з теплообмінником уважно вивчіть інструкцію з експлуатації. В документації завжди вказані діаметри патрубків і способи з’єднання водяного контуру з опалювальними приладами. Зазвичай застосовується 2 схеми:

1. Відкрита система з гравітаційним (природним) рухом теплоносія.
2. Радіаторна мережа закритого типу з примусовим рухом води від насоса.

Примітка. У самопливних схемах нерідко використовуються циркуляційні насоси, встановлені на байпасі. Мета – зменшити перепад температур води на котлі, підвищивши її швидкість. За відсутності електроенергії система продовжить роботу в гравітаційному режимі.

Самоплив організовується за рахунок збільшення діаметрів магістралей і ухилів горизонтальних ділянок. Мінімальний перетин основного колектора гравітаційної схеми – 32 мм (дюйм з чвертю), величина нахилу – 3…5 мм на 1 погонний метр. Відкритий розширювальний бак ставиться у верхній точці, туди йде все повітря з системи.

У закритій схемі, зображеній вище на малюнку, теплоносій знаходиться під тиском (мінімум 1 Бар «на холодну») і рухається під напором насоса. Мембранний розширювальний бачок розташовується в нижній точці і підключається до зворотної магістралі через відсікаючий кран. На подачі обов’язково монтується група безпеки з манометром, запобіжним клапаном і розповітрювачем.

Порада з вибору схеми. Купуючи піч для будинку з водяним опаленням, домовласник, очевидно, розраховує на автономну роботу системи. Звідси висновок: для спільної роботи з водогрійною піччю найкраще підійде самопливна схема. Після відімкнення світла циркуляція в контурі не припиниться, а теплообмінник не прогорить.

Заключний висновок

Варіант об’єднання водяних опалювальних систем з печами не можна назвати ідеальним. Більш того, ми настійно рекомендуємо уникати подібних схем і встановлювати нормальні котли. Виняток – особливі обставини і умови проживання, наприклад, перебої з електрикою чи придбання будинку з готовою дров’яною піччю, куди вже вбудований водогрійний контур.