Как подобрать или рассчитать размеры печного котла
После того, как вы выбрали вид теплообменника, необходимо определиться с его размерами. С одной стороны его габариты должны соответствовать размеру места, куда он будет установлен.
Кроме этого, необходимо знать требуемую мощность печного теплообменника. Как ее определить?
Она зависит от тепловой мощности системы водяного отопления, необходимой для обогрева дома, которая в свою очередь зависит от теплоизоляционных свойств его наружных конструкций и максимальной отрицательной температуры наружного воздуха зимой. Упрощенно можно ориентироваться на средний показатель: 10-12 кВт на 100 м2 площади дома.
Как же вычислить необходимую площадь печного котла, для обеспечения такой тепловой мощности? В среднем, принято считать, что для обеспечения тепловой мощности 5-10 кВт необходимо около 1 м2 теплообменной поверхности котла. Величина этого показателя зависит от температуры горячих газов, соприкасающихся с теплообменником и температур воды (теплоносителя) на его выходе и входе, что в свою очередь, в значительной степени зависит от режима топки и вида топлива.
Полную мощность теплообменника можно вычислить по формуле:
Q=SQуд,
где: Qуд – его удельная мощность, ккал/час; S – его полезная площадь (соприкосновения с нагревающей средой), м2.
Удельную мощность можно вычислить по формуле:
Qуд = k(T-t)S,
где: k=12 ккал/час на 1°С – коэффициент теплопередачи «газ-вода» через стальную поверхность; Т = (Tмакс+Tмин)/2 – средняя температура нагревающей среды (пламя, газы), °С; t = (tмакс+tмин)/2– средняя температура теплоносителя (вход+выход/2), °С.
Если печь будет работать периодически (около 2 часов) на дровах, то средние температуры среды и теплоносителя будут максимум: 500 и 70°С соответственно и с 1 м2 теплообменника в этом случае можно будет получить максимум 6 кВт тепловой мощности.
Если печь будет работать на угле и постоянно, то средние максимальные средние показатели среды и теплоносителя могут быть: 800 и 70 °С соответственно. В этом случае с 1 м2 площади печного котла можно будет снять около 10 кВт.
Если известна общая требуемая тепловая мощность котла и режим топки (а значит и удельная его мощность), то вполне можно определить, какую полезную площадь поверхности он должен иметь:
S =Q/Qуд, м2.
В зависимости от того из какого материала будет изготавливаться теплообменник, можно подсчитать, сколько потребуется труб или листового металла, чтобы обеспечить такую площадь соприкосновения с нагревающей средой. При этом в расчет берется только та поверхность, которая будет непосредственно контактировать с горячими газами или пламенем.
Например, если печной котел будет изготавливаться сплошным (только из листового металла), то в расчет следует принимать только внутреннюю его поверхность. Если же он будет изготавливаться из труб, то практически вся их поверхность будет участвовать в теплообмене (их длина х диаметр х 3,14). При комбинировании разных материалов, необходимо будет вычислять площадь соприкосновения с нагревающей средой каждого элемента отдельно, а потом суммировать.
Если необходимо увеличить тепловую мощность котла при тех же габаритных размерах, можно в его конструкцию добавить дополнительные элементы (например, трубы). Если же его мощность получается слишком большой, то можно уменьшить его длину. Другими словами: в каждом конкретном случае необходимо делать расчет и корректировку размеров регистра, привязывая их к размерам и конструкции самой печи, а также мощности системы водяного отопления дома, которую придется обеспечивать тепловой энергией.
Изготовление своими руками
После того, как подобран вид печного котла, материал и сделан расчет размеров можно приступать к его изготовлению своими руками
При этом необходимо обратить внимание на качество сварочных работ. Оно должно быть на высоком уровне, так как данный агрегат будет эксплуатироваться в достаточно агрессивной среде, а для того чтобы выполнить его ремонт, скорее всего, придется разбирать печь или ее часть. Поэтому, если вы не уверены в своих способностях сварщика, то лучше эту работу поручить опытному специалисту, предварительно заготовив все необходимые элементы конструкции
Поэтому, если вы не уверены в своих способностях сварщика, то лучше эту работу поручить опытному специалисту, предварительно заготовив все необходимые элементы конструкции.
После выполнения сварочных работ необходимо заполнить регистр водой, проверить нет ли протечек и выполнить его опрессовку при давлении, превышающем рабочее в системе отопления, как минимум, в 2 раза.
Расчет размеров регистра
Чтобы своими руками сделать для печки водяной контур, нужно определить его размеры, а точнее, — площадь теплообменной поверхности. Для этого воспользуйтесь следующим алгоритмом:
- Выясните, какова площадь отапливаемых комнат и умножьте ее на 0,1 кВт. Если вы проживаете в одном из холодных северных регионов, умножайте квадратуру помещений на 0,2 кВт. Для дома 100 м² понадобится соответственно 10 и 20 кВт тепловой энергии.
- Из практических наблюдений следует, что регистр, установленный прямо в топливник, способен передать теплоносителю до 10 кВт теплоты с каждого квадратного метра своей поверхности. Поделите значение потребности в тепле на эту цифру и получите площадь радиатора.
- Для экономайзера и бака, вмонтированного в дымоходный канал, где температура ниже, принимайте значение удельной теплоотдачи не 10, а 6 кВт с 1 м² поверхности.
- Зная площадь, размеры прямоугольной емкости рассчитать нетрудно. А вот длина труб, из которых варится регистр, вычисляется по формуле: L = S / πD (S – площадь, D – диаметр трубы).
Схема кирпичной печи с водогрейным котлом, размещенным в топке
Если в качестве примера взять комнаты дачи с квадратурой 100 м², то теплообменная поверхность встроенного в топку радиатора должна составлять не меньше 1 м². При монтаже в газоход эта площадь увеличится до 10 / 6 = 1,67 м².
Устройство водяного отопления
Расширительный бачок закрытого типа в системе печного отопления с водяным контуром
Выбор печи и сооружение всей системы осуществляется еще на этапе планирования и возведения самого дома. Для большинства моделей требуется сооружение дополнительного фундамента. Отопление на основе печи с водяным контуром состоит из таких компонентов:
- печной конструкции;
- теплообменника (он располагается внутри топки или вокруг нее, а также в форме змеевика вокруг дымохода);
- контура с теплоносителем, радиаторов;
- расширительного бака, который лучше располагать на чердаке.
В отдельных случаях контур отопления оснащается циркуляционным насосом. Установка аккумулятора тепла позволит увеличить КПД печки.
Выбор труб
В печи трудно контролировать температуру воды, поэтому трубы выбирают металлические
Использование печи с водяным контуром для отопления дома предусматривает применение радиаторов и труб. Подходят не только чугунные или стальные элементы, но и металлопластиковые, полипропиленовые. Однако тут есть некоторые особенности. Так как для отопления используются дрова и присутствует открытое пламя, жидкость в змеевике может закипеть. В таких условиях металлопластиковые трубы не выдерживают длительное время. Лучше применять изделия из нержавеющей стали.
Еще одной причиной выбора металлических труб является то, что патрубки, которые выходят из печи, сильно разогреваются. В таких условиях пластиковые изделия расплавляются. Трубы, которые подсоединяются непосредственно к патрубкам, должны иметь диаметром 3 см. Для остальных элементов этот показатель составляет 2 см.
Выбор печки
Универсальная печь с варочной поверхностью и отопительным контуром
Выбрать отопительный прибор можно с учетом технических параметров и назначения устройства. По второму признаку устройства бывают:
- Для отопления. Вырабатываемая тепловая энергия идет только на обогрев помещений. В печи такого типа устанавливается бак-теплообменник.
- Для приготовления пищи и обогрева жилья. Конструкция аппарата предусматривает дополнительный отсек. Над топочной камерой расположена духовая. Теплообменник может располагаться по бокам топки. На небольших печках может присутствовать только конфорка.
Из технических характеристик учитывается площадь дома, используемое топливо и материал изготовления. Первый параметр предусматривает, что на каждые 10 кв.м. площади сооружения требуется 1-1,2 кВт энергии. При этом высота потолка 2,5-2,7 м.
В виде топлива применяется уголь, торф, пеллеты, дрова. Все они имеют различные характеристики: при сгорании одного и того же объема выделяется разное количество тепла. Также учитывается стоимость топлива и его доступность.
Для изготовления печи используются следующие материалы:
- Кирпич. Такой вариант имеет большой вес и габариты, поэтому требует дополнительного фундамента при обустройстве. Данная конструкция отдает тепло равномерно и долго. Для кладки печи-камина нужен специалист. Однако кирпичная кладка идеально вписывается в любой интерьер, создает особую атмосферу и уют.
- Чугун. Для этого материала характерен быстрый нагрев, но он тяжелый и более хрупкий, чем другие. Тут не требуется сооружение отдельного фундамента.
- Сталь. Представленный вариант пользуется популярностью, так как он легкий, долговечный. Теплоноситель в нем нагревается быстрее.
Теплообменник для топки
Теплообменник самодельный для кирпичной печи
Теплообменник – основной элемент печи, поэтому к выбору нужно подходить ответственно. Он может монтироваться в топку, но всегда существует риск утечки теплоносителя. Безопасным вариантом является монтаж теплообменника в колпак дымохода. Данный элемент имеет разную форму и материал изготовления:
- Из листовой стали. Его можно устанавливать прямо в топку. Толщина материала – 3-4 мм. К нему подводится 2 трубы. Верхняя должна подключаться в самой верхней точке обменника. Внутренний зазор этого элемента не должен быть меньше 3 см. В этом случае можно избежать закипания теплоносителя.
- Из труб. Элементы могут быть круглыми или прямоугольными. Трубу тоже разрешается устанавливать в топке. Все зависит от конструкции печи. Главным требованием является установка теплообменника так, чтобы он не загораживал дверцу, а закладка дров была свободной.
- Плоский регистр. Такой вариант чаще устанавливается в дымоходном канале. Теплообменник может прослужить долго, так как он не эксплуатируется в агрессивных условиях. Имеет большие размеры.
Правильный выбор теплообменника обеспечит максимальную производительность печки.
Как выбрать печь-камин длительного горения
Для правильного выбора печи-камина для обогрева загородного дома желательно иметь четкое представление об его устройстве и принципе работы. Это позволит сэкономить затраты на покупку и избежать ошибок в процессе эксплуатации.
Конструктивные особенности
Газодинамические процессы, протекающие в топке печи-камина с высоким уровнем КПД, зависят от многих параметров. Самостоятельно добиться оптимальной конструкции на основе глиняного и шамотного кирпича едва ли удастся. Лучше отдать предпочтение заводским разработкам, прошедшим стадию проектирования и многократных испытаний на самых разных режимах работы. Они представляют собой готовое техническое устройство, которое надо просто правильно установить на место и эксплуатировать в соответствии с рекомендациями изготовителя.
Для монтажа печи-камина не требуется специально готовить фундамент или нишу из кирпича или камня. Прибор монтируют с соблюдением правил пожарной безопасности на свободное место и подключают к нему трубы для отвода дымовых газов.
Сам камин представляет собой прочный корпус с установленными внутри него необходимыми устройствами. Дверки обычно выполняются из жаропрочного стекла. Оно обдувается вторичным воздухом, направляемым в камеру дожига отходящих газов, что препятствует осаждению сажи.
Устройство и схема работы печи длительного горения.
Применяемые материалы
При изготовлении основных элементов печей-каминов часто используется чугун. Он легко переносит многочисленные циклы нагрева и остывания. Такой материал почти не подвергается коррозии. Ему требуется чуть больше времени для разогрева, зато и высокую температуру он держит дольше.
Достойной альтернативой чугуну считаются жаропрочные марки стали. Некоторые производители активно используют нержавейку. Стальные изделия меньше весят и проще в изготовлении.
Стальная печь-камин.
При длительном контакте с открытым огнем есть вероятность потери ими прочностных характеристик и прогара, поэтому корпуса качественных каминов из стали обычно защищаются изнутри футеровкой.
Для этого применяют:
- шамотную плитку или кирпич;
- огнеупорные глиняные смеси;
- специальные составы на основе шамотной глины в сочетании с алюминием и титаном;
- защитные материалы из вермикулита;
- чугунные вставки.
Устройство печи-камина с футеровкой из вермикулита.
Для наружного оформления металлических каминов часто используют:
- керамическую плитку;
- декоративный камень;
- чугунное литье;
- термостойкие эмали.
В каком случае целесообразно использовать печь-камин с водяной рубашкой
В случае отсутствия альтернативных источников обогрева большого дома обычная печь-камин не сможет поддерживать нормальную температуру во всех помещениях. Тепловое излучение не в состоянии проникать сквозь стены и перегородки. В такой ситуации лучше приобрести модель с водяной или воздушной «рубашкой». На их основе можно создать систему обогрева каждой комнаты, наладив схему циркуляции жидкого теплоносителя или организовав подачу конвективных потоков воздуха по специальным воздуховодам.
Устройство системы отопления печи-камина с водяным контуром.
Как не ошибиться с мощностью выбираемой модели
Общее правило расчета необходимого количества тепла для обогрева хорошо утепленного здания применимо и для печей-каминов длительного горения. В общем случае для каждых 10 м2 площади отапливаемых помещений требуется 1 кВт тепловой энергии.
Большинство каминов без водяного контура развивают мощность от 4 до 12 кВт. Этого вполне хватает для обогрева небольшого дачного дома или коттеджа с общей площадью до 150 кв.м.
Печи-камины с водяной рубашкой нередко достигают мощности 25 кВт. Производитель обычно указывает, какая ее часть выделяется в виде теплового излучения и сколько энергии отдается воде. Эти данные должны учитываться при выборе помещения для установки камина и проектировании схемы циркуляции теплоносителя.
Если вы без проблем усвоили теоретическую часть изложенной здесь информации, то можете считать себя готовыми к выбору конкретной модели.
Плюсы и минусы различных теплообменников
Установка бака внутрь кирпичной печи практикуется мастерами десятками лет. Это проверенный и надежный способ, позволяющий постоянно нагревать воду и даже организовать ее естественную циркуляцию, только потребуется проложить трубы большого диаметра (около 50 мм) с соблюдением уклонов. Правильно сделанный бак-котел очень редко прогорает, потому что вмещает большой объем теплоносителя, который его охлаждает.
Недостаток варианта – значительные размеры емкости. Она влезет лишь в отопитель, сложенный из кирпича, а в металлических буржуйках слишком мало места. В отличие от бака, размеры и форму регистра из стальных труб можно менять и встраивать в любую печку, но тут возникают другие проблемы:
- При установке внутрь топливника змеевик постоянно подвергается воздействию высоких температур (в пике до 1000 °С) и конденсата с сажей, а потому прослужит 4—6 лет, после чего прогорит. Нержавеющие либо жаропрочные трубы продержатся дольше – до 10 лет.
- Более надежный способ — вмонтировать водяной контур внутрь дымоходного канала, где температура ниже. Но тогда упадет интенсивность нагрева и для организации нормального отопления теплообменник придется увеличить в размерах. Получается замкнутый круг.
- Циркуляция теплоносителя внутри регистра должна быть безостановочной. Иначе вода закипит, превратится в пар, а он своим давлением разорвет трубопровод в слабом месте – где-нибудь на стыке. Значит, организовать самотек нереально, а работу циркуляционного насоса придется подстраховать блоком бесперебойного питания на случай отключения электроэнергии.
- Вместительность металлических отопителей сильно ограничена, так что вставить туда добротный теплообменник не получится. Практика показывает, что стальная заводская печь с водяным контуром может обслужить не больше 2 радиаторов общей мощностью до 4 кВт.
Разновидности сварных регистров
Экономайзер (слева) и обычный бачок для монтажа на дымоход (справа)
Самоварный теплообменник (экономайзер) лишен всех перечисленных недостатков. Он представляет собой водяную рубашку для дымоходной трубы и отнимает теплоту отходящих газов. А их температура в печах, функционирующих на дровах или отработке, достигает 300 °С. Такое решение зачастую используется в банных отопителях, чтобы греть воду для помывки. Комбинированный вариант – бак, сквозь который пропущена дымоходная труба.
Идею с экономайзером по понятным причинам нельзя реализовать на кирпичной печке. Но для Булерьяна, Бренерана или другой стальной буржуйки независимо от ее размеров такой вариант хорошо подойдет. И последний, самый эффективный метод – устройство водяной рубашки вокруг корпуса обогревателя. По сути, она превращает любую металлическую печь или камин в отопительный котел. Одна беда – вариант довольно сложен в исполнении.
Железная печка конструкции Бутакова с конвекционным кожухом и водяным контуром на задней стенке топливника
Оригинальная конструкция наружного теплообменника с импровизированным экономайзером продемонстрирована на видео:
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.
Особенности системы
Обычная печь из кирпича состоит из таких компонентов, как камера для топки, зольник, колосники и дымоотводы. Эти компоненты простой русской печи наверняка знакомы любому жителю деревни. В визуальном плане современные типы печей практически ничем не отличаются от традиционных деревенских конструкций.
Основные характеристики печей с водяным отоплением
Традиционным печам свойственны такие характеристики, как:
- Простая деревенская печка за один час может выделить более 6500 Ккал тепла. Такого количества тепла вполне хватает, чтобы обогреть дом с небольшой площадью. Такая отопительная система будет идеальным решением для небольшого дачного домика. Печь с водяным отоплением, в которой главным компонентом является водяной котел, будет эффективней примерно в 2,5 раза. Посредством такой отопительной системы можно обогреть уже дом с куда большей площадью. Для того чтобы обогреть дом, потребуется такое же количества топлива, а значит, такая система будет более экономичной.
- Эффективной будет еще такая отопительная система, которая сочетает в себе печь и котел. Если работают одновременно обе системы, то их производительность увеличивается многократно. Тандем двух таких отопительных систем за один час работы может выделять более 21000 Ккал тепла. Такого количества тепла хватит на обогрев дома с площадью до 300 кв. метров.
Печь подключенная к водяному отоплению
- Чаще всего для такой отопительной системы используется такое топливо, как уголь или дрова. Цена на такое топливо не является высокой, а его транспортировка не должна вызывать особых трудностей. Дрова можно комбинировать одновременно с углем.
- Нет необходимости постоянно топить печи с водяным отоплением. Топливо можно закладывать в печь несколько раз в день. В помещении можно создать комфортные условия независимо от того, какая на улице погода или температура.
- Если сравнить коэффициент полезного действия традиционного печного отопления с комбинированной системой, то этот показатель повысится с 50% до 85%. Для отопления на дровах такой показатель можно назвать идеальным.
- Материалы, которые необходимы для организации такой отопительной системы, вполне доступны, и не входят в дорогую ценовую категорию.
Недостатки печей с водяным отоплением
Есть у печного отопления и свои недостатки, и было бы несправедливо их не перечислить.
Печь кирпичная с водяным отоплением может быть установлена не только в сельском или дачном доме, но и в элитных коттеджах. Обычно хозяева элитных домов стремятся к тому, чтобы такая печь для водяного отопления, помимо своих обычных функций, выполняла и декоративную роль. Во время эксплуатации такой комбинированной системы необходимо соблюдать некоторые правила безопасности и ухода за системой:
Печь для водяного отопления дома должна все время быть под контролем человека
Это касается не только вопроса загрузки топлива, но также и очистки зольной камеры
Внимание к себе требуют также дымовые каналы. Перед тем, как развести огонь в рычаге, необходимо удостовериться в том, что задвижки дымового канала находятся в открытом положении. Подобные системы можно использовать только в холодное время года
Подобные системы можно использовать только в холодное время года
В теплый период года использовать такую печь отопления с водяным контуром для приготовления пищи будет нецелесообразным. Если необходимо приготовить пищу, то лучше для этих целей использовать другой альтернативный источник тепла.
Если вы хотите выполнить печи для водяного отопления дома на заказ, то лучше обратиться за помощью к профессионалам. Если же вашу печь изготовит неквалифицированный специалист, то не будет никаких гарантий, что печь будет функционировать нормально или будет полностью безопасной. Перегрев печи может вызвать некоторые проблемы, которые впоследствии приведут к полной поломке печи.
Обычная печь, как правило предназначена для обогрева небольшого помещения
Так как пламя имеет высокие температурные показатели, оно со временем нарушит целостность стенок котла. Это значит, что наступит время, когда теплообменник нужно будет поменять. Сделать это не так просто, так как нужно снять хорошую часть кладки.
