Piec z wodnym obiegiem do ogrzewania domu: cechy ogrzewania piecowego + wybór optymalnej opcji

Drewno i węgiel pozostają w wielu regionach najdostępniejszymi rodzajami paliwa, za pomocą których ogrzewane są prywatne domy. Jednak ogrzewanie piecowe wybiera się nie tylko ze względu na taniość i powszechną dostępność nośnika energii, ale także ze względu na niski koszt jego instalacji.

Przy tym, oprócz wielu zalet, piec z obiegiem wodnym do ogrzewania domu ma również wiele wad. Nie zawsze ten wariant jest optymalny. Spróbujmy zrozumieć niuanse takiego systemu grzewczego.

Cechy ogrzewania opartego na piecu

Ogrzewanie piecowe to norma dla rosyjskich wsi, którego niezawodność i praktyczność została sprawdzona przez wieki. I dziś w wielu wiejskich domach stoją piece z płytą do gotowania i piecem do wypieku chleba.

Niektóre z nich są wyposażone w obieg wodny systemu grzewczego, a inne nie. Ale właściciele wiejskich domów nie spieszą się z ich wyrzucaniem i zastępowaniem nowoczesnymi kotłami. Jeszcze nie wynaleziono bardziej niezawodnego i bezproblemowego sposobu ogrzewania.

Bez obiegu z wodą w domu, piec na drewno jest w stanie ogrzać jedynie niewielką przestrzeń wokół siebie. Do ogrzewania jednego-dwóch pomieszczeń taki wariant jest akceptowalny, ale dla dużego domu już nie.

Jako paliwo w podobnych wiejskich piecach spala się:

• węgiel;
• torf;
• drewno;
• brykiety (eurodrewno).

Zasadniczej różnicy między tymi rodzajami paliwa z punktu widzenia budowy pieca wewnątrz i rozprowadzenia systemu ogrzewania wodnego w prywatnym domu nie ma. Niektóre z nich dają więcej żaru, a inne wypalają się dłużej. Ale konstrukcja paleniska i schemat rozprowadzenia rur z czynnikiem grzewczym po pomieszczeniach we wszystkich przypadkach są takie same.

Dokonując wyboru na korzyść ogrzewania piecowego, nie należy zapominać o normach przeciwpożarowych budowy murowanych pieców – tylko ich ścisłe przestrzeganie pozwoli zminimalizować ryzyko powstania pożaru.

Wśród zalet ogrzewania piecowego wymienia się:

• brak zależności od obecności energii elektrycznej w sieci;
• stosunkowo niski koszt instalacji systemu grzewczego;
• taniość paliwa stałego i możliwość wykorzystania różnych jego rodzajów;
• wyjątkowa prostota eksploatacji;
• długotrwałe oddawanie ciepła (dla konstrukcji murowanych);
• Wszechstronność – nadaje się jednocześnie do ogrzewania i gotowania posiłków.

Jeśli domu jednorodzinnego nie można podłączyć do gazu sieciowego, to piec na drewno będzie najlepszym wyborem do jego ogrzewania.

Jedynym wyjątkiem jest sytuacja, gdy węgiel lub drewno są niedostępne w danej miejscowości. Jednak taki przypadek w Rosji jest raczej wyjątkiem niż normą.

Dwie główne wady pieców z obiegiem wodnym – brak możliwości automatyzacji pracy i problematyczność regulacji oddawania ciepła w poszczególnych pomieszczeniach

Ponadto z wad ogrzewania piecowego należy wymienić:

• długie nagrzewanie systemu przed rozpoczęciem oddawania ciepła;
• utrata znacznej powierzchni użytkowej w domu z powodu masywności pieca;
• duży ciężar konstrukcji pieca z cegły;
• niska sprawność z powodu ucieczki znacznej ilości ciepła do komina;
• wysokie zagrożenie pożarowe przy nieprawidłowej eksploatacji.

Ceglany piec grzewczo-kuchenny do domu jednorodzinnego z ogrzewaniem wodnym, w zależności od konstrukcji i liczby rzędów, może ważyć od 1,5 do 10 ton. Do tego dochodzi ciężar komina.

Fundament dla takiej masy wymaga mocnego i kosztownego wykonania, co również można uznać za wadę omawianych systemów grzewczych.

Budowa piecowego ogrzewania wodnego

Piec do omawianego systemu ogrzewania w idealnym przypadku należy zaprojektować i zbudować jednocześnie z domem. Jeśli budynek mieszkalny jest już wzniesiony, umieszczenie w nim konstrukcji pieca z cegły będzie trudne. Często okazuje się to wręcz niemożliwe ze względu na konieczność wykonania solidnego fundamentu i przebudowy więźby dachowej.

Piec do ogrzewania wodnego w domu jednorodzinnym może być wykonany nie tylko z cegły, ale także ze stali, w postaci piecyka z rurkami wymiennika ciepła wokół paleniska, do podgrzewania czynnika grzewczego

Ogrzewanie wodne oparte na piecu składa się z:

• samego pieca (metalowego lub ceglanego);
• wymiennika ciepła wewnątrz lub wokół paleniska pieca, a także w postaci wężownicy wokół komina;
• rozprowadzonego po domu obiegu z czynnikiem grzewczym i naczyniem wzbiorczym na poddaszu.

Ponadto w niektórych przypadkach system ten jest uzupełniany o pompę obiegową i hydroakumulator. Jednak taki rozszerzony wariant jest stosowany niezwykle rzadko, ponieważ wymaga nieprzerwanego zasilania elektrycznego i prowadzi do podrożenia całego schematu.

A główną zaletą piecowego ogrzewania wodnego jest niski koszt urządzenia. Nie warto go uzupełniać kosztownymi i podatnymi na awarie elementami.

Schemat cyrkulacji wody w obiegu

System ogrzewania wodnego w domach budowany jest z naturalną (grawitacyjną) lub wymuszoną cyrkulacją czynnika grzewczego. Jeśli jest wykonany w oparciu o piec na drewno, najlepiej preferować pierwszy wariant.

System rozprowadzania z naturalną cyrkulacją wody jest tańszy w porównaniu z analogiem wymuszonym, a także w przeciwieństwie do niego nie wymaga zasilania elektrycznego.

Ogrzewanie piecowe wodne zaleca się instalować tylko w domach parterowych o powierzchni do 150 m². W takim przypadku można je wykonać jako grawitacyjne bez dodatkowych pomp.

Jeśli konieczne jest ogrzanie domu o dwóch lub więcej piętrach, lepiej to zrobić na bazie mocniejszego kotła. Piec do takich budynków trzeba by zbudować ogromny, co jest kosztowne w realizacji. Ponadto ilości paliwa, które trzeba by wkładać za każdym razem, są niemałe. Robienie tego jest zdecydowanie niezalecane ze względu na zwiększone ryzyko pożarów.

Klasyczny system ogrzewania piecowego z naturalną cyrkulacją wody składa się z:

• wymiennika ciepła w piecu;
• obwodu z metalowych rur;
• grzejników (zazwyczaj zastępowanych grubymi rurami w pokojach);
• naczynia wzbiorczego.

Jeśli postanowiono wykonać ogrzewanie wodne w domu poza miastem własnymi rękami, lepiej zaprojektować je według tego schematu. Montaż i obliczenia takiego wariantu są prostsze niż w przypadku wymuszonego obiegu wody.

System z pompą cyrkulacyjną bardziej nadaje się do kotłów; na bazie pieca traci on swoją zwiększoną efektywność cieplną.

Jeśli bojler jest zautomatyzowany i stale podgrzewa wodę w miarę potrzeby, to piec na drewno jest palony raz lub dwa razy dziennie. Właśnie w tych momentach czynnik grzewczy w komorze pieca jest podgrzewany, aby oddać ciepło w pomieszczeniach. Później pompowanie go pompą przez rury obwodu jest bezcelowe. Wody i tak nic w zimnej komorze nie będzie podgrzewać.

Dokonując wyboru pieca na drewno lub węgiel, właściciele domów prywatnych zazwyczaj liczą na uzyskanie autonomicznego systemu ogrzewania. Jeśli zamontuje się w nim urządzenia pompowe wymagające do pracy zasilania z sieci elektrycznej, to o autonomii będzie trudno mówić.

Piec – murowany czy metalowy

Piec murowany nagrzewa się dłużej, ale też dłużej oddaje ciepło otaczającej go przestrzeni. Analog ze stali natomiast szybko się nagrzewa i równie szybko po wypaleniu paliwa stygnie. Częściowo problem ten rozwiązuje się poprzez obecność w obiegu wodnym dużych ilości czynnika grzewczego.

Jednak im więcej wody trzeba przechowywać w systemie, tym droższy jest on pod względem materiałów.

Metalową burżujkę z wężownicą wodną do obiegu grzewczego w domach prywatnych można stawiać bezpośrednio na drewnianej podłodze bez wykonywania specjalnego fundamentu.

Piec stalowy do ogrzewania wodnego o mocy 5–15 kW – bez paliwa i wody jest to konstrukcja ważąca 100–300 kg. Taką burżujkę bez obaw można postawić na wzmocnionych legarach. Fundamenty pod piece trzeba wylewać, gdy piec waży więcej niż 700–800 kg. Jeśli jest murowany, to bez prac betonowych na pewno się nie obejdzie.

W porównaniu z metalowym, piec z cegły waży więcej, kosztuje więcej i jest trudniejszy w montażu. Ma jednak wyższą sprawność i mniejsze ryzyko zamarznięcia obiegu z pęknięciem rur z powodu powstałego wewnątrz lodu. Jeśli decyzja jest ostateczna, na stałe i do stałego zamieszkania, zaleca się wybór wariantu murowanego.

Rury – ze stali nierdzewnej czy metaloplastik

Jeśli system grzewczy opiera się na kotle wodnym, jego podłączenie można wykonać nie tylko rurami stalowymi, ale także metaloplastikowymi i polipropylenowymi. Jednak jeśli woda będzie podgrzewana przez piec na drewno, obieg z czynnikiem grzewczym od niego powinien być wykonany tylko z nierdzewki.

Przy dużym wsadzie drewna woda w wężownicy paleniska pieca może szybko nagrzać się do 100 stopni i zagotować – takie temperatury przez długi czas wytrzymuje tylko stal

Metaloplastik jest przeznaczony do pracy z czynnikiem grzewczym podgrzanym do 90–95 °C. Krótkotrwale może znieść ogrzanie do 110–120 °C. Automatyka kotłów i bojlerów z założenia nie dopuszcza nagrzania wody do takich stopni. Dla ogrzewania podłogowego woda nagrzewa się do 30–45 °C, a dla grzejników do 60–65 °C.

Jednak w przypadku pieca na drewno temperatury bliskie stu stopniom są nie tylko możliwe, ale wręcz częste. Ryzykowanie i gra w rosyjską ruletkę poprzez podłączanie tego pieca rurami metaloplastikowymi nie są zalecane. Najlepiej postawić na bardziej niezawodną stal nierdzewną.

Ponadto króćce wychodzące z paleniska od wężownicy do podłączenia rur obiegu z pewnością będą nagrzewać się do bardzo wysokich temperatur. Od otwartego ognia dzieli je mniej niż pół metra. Podłączanie do nich jakichkolwiek rur plastikowych jest niebezpieczne ze względu na ryzyko ich stopienia.

Oddawanie ciepła – grzejniki czy rejestr

Dostarczanie ciepła z pieca do obiegu grzewczego odbywa się porcjami po kilka godzin, dopóki w palenisku pali się drewno lub węgiel. Jeśli wody w systemie grzewczym jest mało, dom szybko będzie się wychładzał. Dlatego na wsiach takie ogrzewanie zwykle wykonuje się z grubych rur stalowych, a nie z bardziej znanych mieszkańcom miast grzejników. Rejestr grzewczy do pieców na drewno jest wręcz idealny.

Klasyczny schemat wodnego ogrzewania piecowego z naturalnym obiegiem zakłada bezpośredni kontakt wody z atmosferą przez naczynie wzbiorcze, jednak w zwykłych grzejnikach powietrze w czynniku grzewczym jest przeciwwskazane

Ułożona w domu rura ze stali nierdzewnej o średnicy 80–120 mm to rejestr grzewczy składający się z zasilania z pieca i powrotu do niego. W pomieszczeniu najdalej od paleniska te linie łączą się ze sobą, a w pozostałych pomieszczeniach są układane jako dwa rurociągi wzdłuż ścian zewnętrznych.

Rejestr nie wygląda tak estetycznie jak grzejnik. Za to pierwszy wariant jest znacznie tańszy i prostszy w samodzielnym wykonaniu niż drugi. Do jego realizacji trzeba mieć tylko doświadczenie w obsłudze spawarki.

Powierzchnię oddawania ciepła dla takiego obwodu oblicza się mnożąc liczbę Pi przez średnicę i długość rury. Ponadto w obliczeniach należy uwzględnić ciśnienie termiczne w zasilaniu i powrocie, a także odległość między rurami w pionie.

Jednak często takich obliczeń się nie wykonuje, bierze się rurę o średnicy 80–100 mm i układa się ją na obwodzie całego budynku mieszkalnego z zamknięciem pętli w najdalszym pomieszczeniu. Przy tym regulacja oddawania ciepła odbywa się „na oko” i metodą doświadczalną poprzez dodawanie określonej ilości paliwa do paleniska.

Nie bez powodu obwody z rejestrów w połączeniu z piecami wodnymi są tak rozpowszechnione. Nie trzeba ich nawet obliczać, wystarczy wziąć odpowiednią rurę i zespawać.

Dobieramy wymiennik ciepła do paleniska

Wymiennik ciepła do pieca można wykonać z miedzi, stali lub żeliwa. Wariant miedziany lepiej od razu wykluczyć ze względu na wysoką cenę. Samodzielne lutowanie takiego urządzenia jest niezwykle problematyczne.

Instalować wewnątrz paleniska żeliwne grzejniki należy ostrożnie – z powodu szoku termicznego poszczególne ich sekcje mogą się odłączyć od sąsiednich elementów.

Żeliwo pod względem parametrów technicznych wygrywa ze stalą. Jednak wykonanie własnymi rękami z niego wymiennika ciepła do pieca na drewno jest problematyczne. Można jedynie wziąć do tego stary grzejnik. Ale tu trzeba uwzględnić, że uszczelka między jego sekcjami wypali się w palenisku. A to prosta droga do utraty szczelności i przedostania się wody do komory paleniskowej.

Jeśli wymiennik ciepła postanowiono zrobić z żeliwnego grzejnika, to najlepiej wziąć do tego modele MS-110-300 lub MS-90-300. Są małe i spokojnie zmieszczą się w palenisku. Powierzchnia grzewcza na każde żebro będzie rzędu 0,14–0,16 m².

Na podstawie tych liczb można oszacować, ile sekcji będzie potrzebnych dla konkretnego obwodu. Na każde 10 m² powierzchni domu potrzeba 1 kW, co będzie w przybliżeniu równe 0,1 m² powierzchni grzewczej wymiennika ciepła z żeliwa.

Żebra żeliwnego grzejnika są zwykle łączone z zastosowaniem uszczelek z żaroodpornej gumy. W palenisku pieca taka gumowa uszczelka się spali, należy ją wymienić na sznur azbestowy.

Kolejny aspekt używania żeliwnego grzejnika jako wymiennika ciepła – to problematyczność jego czyszczenia z sadzy od wewnątrz paleniska. Od czasu do czasu komorę paleniskową trzeba czyścić, a reliefowe żebra 'żeliwaka' będą w tym mocno przeszkadzać.

Najbardziej optymalny wariant wymiennika ciepła – stalowy w postaci:

• wężownicy z kilku rurek;
• płaszcza z blachy stalowej.

Wykonuje się je ze stali niskowęglowej St10…St20 o grubości 4–5 mm. Jeśli bierze się rurki, to o średnicy 30–50 mm.

Wykonanie stalowego wymiennika ciepła najłatwiej jest z blachy stalowej – jednak w wymianie ciepła będzie uczestniczyć tylko powierzchnia skierowana do wnętrza paleniska, w stronę ognia.

Wariant rurowy pod względem wymiany ciepła jest bardziej efektywny, ale jest też bardziej pracochłonny w wykonaniu.

Do obliczeń wymiennika ciepła należy skorzystać ze wzoru:

Qy=K*(Tcp-Tk)

gdzie:

• K – współczynnik przenikania ciepła materiału (dla stali niskowęglowych przyjmuje się 15–20, a dla żeliwa szarego – 50);
• Tcp – średnia temperatura czynnika grzewczego w palenisku (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – średnia temperatura czynnika grzewczego (Tzasilania+Tpowrotu)/2.

Jeśli w piecu będą spalane drewno, to Tcp=(700+300)/2=500 °C i Tk=(80+60)/2=70 °C. W rezultacie Qy=15*(500-70)=6450 kcal/h. Czyli na metr kwadratowy powierzchni wymiennika skierowanej w stronę ognia wyjdzie około 7,5 kW/h.

Dla węgla obliczenia są następujące – Tcp=(1000+600)/2=800 °C i Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/h=12 734 W/h. Metr kwadratowy powierzchni wymiennika ciepła da około 12,7 kW/h.

Następnie dzielimy wymaganą do ogrzania konkretnego domu moc przez obliczoną liczbę, w zależności od planów dotyczących użycia danego rodzaju paliwa.

Na przykład, dla domu o powierzchni 150 m² potrzebne jest około 15 kW. Jeśli będzie ogrzewany drewnem, to potrzebny będzie wymiennik ciepła o powierzchni wymiany ciepła 15/7,5=2 m². To ta powierzchnia, która jest skierowana w stronę płomienia i nagrzewa się.

Jeśli wybrano wężownicę rurową, to jej długość oblicza się według wzoru:

S=2*3,14*D*L

gdzie:

S – obliczona powierzchnia;

D – średnica rurek;

L – potrzebna długość.

Parametry płaszcza z blachy stalowej obliczyć jeszcze łatwiej, zazwyczaj przedstawia on dwa prostokąty po bokach komory paleniskowej.

Wybór najbardziej optymalnego wariantu

W już wybudowanym domu ciężki piec murowany będzie trudno postawić. Ogrzewanie wodne w tym przypadku najlepiej zorganizować na bazie metalowego piecyka (nazywanego burżujką), który można postawić na wzmocnionej drewnianej podłodze bez wylewania fundamentu.

Jednakże jeśli jest możliwość wykonania fundamentu zgodnie z normami, to preferencję należy dać bardziej niezawodnej konstrukcji pieca z cegły.

Obwód wodny w domu dla pieca na drewno najlepiej wykonać z grubych rur stalowych i z naturalną cyrkulacją czynnika grzewczego

Instalacja w rozpatrywanym obiegu grzewczym pompy obiegowej i/lub hydroakumulatora – to strata pieniędzy i zero dodatkowej korzyści. Tylko skomplikują montaż systemu. A przy wyłączeniu prądu te urządzenia wręcz stworzą problemy. Tymczasem wariant ogrzewania bez nich, przy problemach z siecią elektryczną, będzie spokojnie ogrzewał dom.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wybór kształtu wymiennika ciepła do pieca na drewno:

Przegląd pieca ceglanego do ogrzewania wodnego w domu jednorodzinnym:

Budowa pieca grzewczo-wypiekowego z cegły z rozbiorem porządku konstrukcji:

Trudno nazwać ogrzewanie wodne oparte na piecu na drewno idealnym i wysoko wydajnym. Jednak ta opcja ogrzewania domów jednorodzinnych jest najsolidniejsza, a także tania i prosta w realizacji. Tylko nie należy uzupełniać takiego obiegu pompą cyrkulacyjną i automatyką. Działają one z sieci elektrycznej i czynią cały system nieautonomicznym, niwelując jeden z jego głównych atutów.