Чугунные и стальные печи с водяным контуром (ВК, регистр, теплообменник) являются промежуточным звеном между печами и котлами, с разной эффективностью выполняя функции обоих отопительных приборов.

Они востребованы там, где по любой причине для получения тепловой энергии, обогревающей дом, невозможно использовать сетевые энергоресурсы, то есть электричество и газ.

Принцип работы

Чугунные и стальные печи с водяным контуром являются классическими твердотопливными не теплоемкими теплогенераторами, то есть они нагревают теплоноситель (ТН), вне зависимости от того, жидкий он или газообразный, лишь пока в них горит топливо.

Топливо загружают в топливник (топливную или топочную камеру, топку), внутри которой происходит процесс горения, подробно описанный в этих статьях:

  1. Как топить печь.
  2. Как топить печь углем.

В отличии от котлов, у которых топливник окружен водяной рубашкой, топочная камера металлических печей с водяным контуром (МПВК) оснащена стальным кожухом, в верхней и нижней части которого сделаны прорези для движения воздуха.

Поскольку стенки топливной камеры в процессе топки печи раскаляются докрасна, то поступающий снизу воздух быстро нагревается и устремляется вверх, создавая тем самым циркуляцию. Горячий же воздух, выходя из верхних отверстий, быстро поднимает температуру в комнате, где установлена МПВК.

В верхней части печи установлен водяной контур, который нагревают как прямое тепловое излучение горящих дров или угля, так и проходящий сквозь него поток раскаленных дымовых газов.

Параметры этого устройства подобраны так, чтобы при любом режиме горения температура выходящего из печи дыма не опускалась ниже отметки +150 градусов, чего достаточно для просушивания дымовой трубы и удаления из нее конденсата.

Интенсивность горения топлива регулируют ограничением подачи воздуха, поэтому в начале топки, когда нужно быстро нагреть воздух в помещении и ТН в системе отопления (СО) применяют залповую топку, то есть быстрое получение максимального количества тепловой энергии.

Затем аппарат переводят в режим длительного горения, а лучшим топливом для этого является уголь мелкой фракции (5–10 мм), который нередко называют «семечкой».

Отдельным классом таких устройств являются металлические топки, то есть теплогенераторы, не имеющие внешнего корпуса, поэтому предназначенные для установки там, где их затем закрывают металлическим или кирпичным кожухом.

К какой системе отопления подойдет такая печь

Принцип работы водяного контура такой же, как у полноценного котла – полученное при сгорании дров или угля тепло нагревает теплоноситель, в роли которого выступают вода или антифриз, после чего ТН доставляет тепловую энергию к теплообменникам каждого помещения.

При этом во время залповой топки происходит нагрев теплоносителя и основной прогрев помещения, а режиме длительного горения выделение тепла сокращается в несколько раз, но его достаточно для поддержания комфортной температуры внутри помещений.

Из-за особенностей горения дров и угля минимальная температура ТН на выходе из регистра, при которой обеспечивается эффективное сгорание топлива, составляет как минимум 90 градусов, поэтому такие теплогенераторы плохо подходят для совместной работы с конденсаторными газовыми котлами. Ведь температура ТН на выходе из таких котлов составляет 55–70 градусов и все теплообменники в помещениях спроектированы на работу именно в таком режиме.

Тем не менее, если вместе с МПВК установить достаточной емкости водяной теплоаккумулятор (ТА) с врезанным в него дополнительным теплообменником, то чугунную или стальную печь можно подключить даже в систему, основу которой составляет конденсаторный котел.

Теплоаккумулятор с теплообменником

Если же чугунная или стальная печь с регистром водяного отопления является основным теплогенератором, то она может работать с любой конфигурацией водяной СО, а для обеспечения более стабильной температуры в помещениях между СО и МПВК устанавливают водяной ТА.

В такой конфигурации ТА запасает тепловую энергию, позволяя чаще топить печь в залповом режиме, при котором сгорание топлива происходит более эффективно, а также сильней растягивать по времени режим длительной топки. Ведь недостаток тепловой энергии при таком сгорании дров или угля будет полностью компенсировать теплоаккумулятор.

При правильно подобранных печи и ТА возможна топка всей системы 2–5 раз в неделю, минусом же является огромная емкость (как минимум 100 л на 1 м2 площади дома) теплоаккумулятора, который необходимо установить так, чтобы он никому не мешал и в случае протечки не создавал угрозы.

Для дома площадью 150 м2 емкость ТА составит 15 м3, причем его необходимо спрятать и тщательно утеплить, чтобы снизить потери тепла.

Как подбирать печь под конкретный дом

Правильно спроектированная СО должна компенсировать теплопотери дома, поддерживая в помещениях температуру на уровне 18–24 градуса, вне зависимости от температуры на улице и частоты проветривания комнат.

Поэтому нельзя воспринимать МПВК как какой-то самостоятельный элемент системы отопления, отделенный от всего остального оборудования, потому что все составляющие должны работать как один отлаженный механизм и соответствовать друг другу.

Чтобы правильно подобрать печь, придерживайтесь следующего алгоритма:

  1. Подсчитайте теплопотери по каждому помещению.
  2. Определите, сколько тепла необходимо на воздушное и водяное отопление.
  3. Выберите теплообменники в каждое помещение.
  4. Выберите способ циркуляции ТН (естественный или принудительный) с учетом потребностей каждого теплообменника.
  5. Определите оптимальный диаметр труб.
  6. Решите, готовы ли вы тратиться на ТА и, если да, то сколько именно и какой емкости устройство сможете обеспечить.
  7. Предусмотрите защиту от закипания (блокировку подачи воздуха в топливник, расширительный бачок и т. д.).

Определение теплопотерь помещения и расчет количества тепла, необходимого для их компенсации

О том, как определять теплопотери помещения, мы рассказывали тут (Теплоотдача радиаторов отопления: сравнение и способы расчета), что касаемо соотношения энергии, передаваемой воздуху и теплоносителю, то исходите из того, что в хорошо утепленном доме радиус обогрева классической печью не превышает 3 метра.

То есть обогреть одно помещение печью подходящей мощности можно, но разница температур будет возрастать по мере удаления от нее, из-за чего уже на расстоянии 5–7 м будет не слишком комфортно. Если же топить посильней, чтобы там было тепло, то возле телогенератора будет жарко, что тоже не повышает уровень комфорта.

Выбор теплообменников в каждую комнату

При выборе теплообменников в каждое помещение, учитывайте желаемый тепловой режим, к примеру, для детской комнаты лучше подойдет теплый пол, он заметно дороже в изготовлении, зато дети не застудят ноги, если пробегутся босиком и не обожгутся о горячие радиаторы.

Для пожилых людей нередко более предпочтительными оказываются радиаторы различных типов, особенно, если они расположены рядом с кроватью со стороны ног. Ведь в пожилом возрасте кровообращение ухудшается, из-за чего начинают мерзнуть ступни, а источник тепла возле них благотворно влияет на здоровье и самочувствие.

Не менее важен и тепловой экран, который создает радиатор, установленный ниже окна, благодаря ему холодное стекло гораздо меньше влияет на температуру помещения, а значит, прогрев оказывается более равномерным.

Выбор конфигурации СО

При выборе между естественной и принудительной циркуляцией учитывайте, что для создания первой необходимо максимально высоко поднимать подающую трубу, а ее внутренний диаметр должен быть как минимум 50 мм (лучше больше).

Кроме того, в домах с такой СО невозможно регулировать температуру в отдельно взятой комнате, только менять по всему дому. Системы отопления с принудительным движением ТН лишены этих недостатков, но для их работы необходимы насосы, обеспечивающие циркуляцию воды или антифриза.

Теплоаккумуляторы можно изготовить самостоятельно или купить готовые (e-solarpower.ru), подобрав модель необходимого объема. При этом учитывайте, что чем больше его объем, тем выше должна быть мощность печи, ведь она сначала нагревает содержимое ТА, причем достаточно быстро, затем они одновременно нагревают помещение и поддерживают в нем температуру.

Выбор МПВК

Определившись с конфигурацией СО и тепловой мощностью печи, приступайте к выбору наиболее подходящей модели.

При этом учитывайте:

  • тепловую мощность воздушного отопления; тепловую мощностью водяного отопления;
  • диаметр патрубков подающей и обратной трубы;
  • возможность работы на угле;
  • возможность автоматической регулировки интенсивности горения топлива.

Наиболее популярные модели, которые можно купить в магазинах

Вот описание наиболее популярных моделей МПВК, которые можно купить или заказать в магазинах:

Бренеран АКВА АОТВ 12 (breneran.ru) – эта МПВК является модификацией печей «Бренеран», предназначенных для работы только на дровах.

Совокупная тепловая мощность составляет 12 кВт/ч и разделена поровну между воздушным и водяным отоплением. Дверца полностью стальная, поэтому выполнять функцию печи-камина этот аппарат не сможет. Весит такой аппарат 120 кг, а его средняя стоимость составляет 44 тысячи рублей.

Stoker 170-G AQUA (krasnodar.ermak-termo.com) – эта печь также предназначена для работы только на дровах, ведь ее топка изготовлена из стали. Общая тепловая мощность составляет 11,5 кВт/ч, на воздушную часть приходится 7 кВт/ч, на водяную 4,5 кВт/ч.

Возможно приобретение модификации с трубчатым электронагревателем (ТЭН) и/или газовой горелкой. Даже в базовой комплектации оснащена дверцей с жаростойким теплом, поэтому можно наслаждаться видом открытого огня. Масса аппарата в минимальной комплектации 51 кг, средняя стоимость 25 тысяч рублей.

БАВАРИЯ с плитой и теплообменником (www.ecokamin.ru) – эта печь-камин является классической МПВК и отличается от большинства аналогов только увеличенным размером стекла на топочной дверце и футеровкой топливника шамотным кирпичом.

Совокупная тепловая мощность составляет 9 кВт/ч, на воздушное отопление приходится 9 кВт/ч, на водяной 4 кВт/ч. Сверху установлена варочная поверхность, боковые стенки обшиты керамической плиткой. Весит аппарат 122 кг, средняя стоимость составляет 50 тысяч рублей.

Самодельные МПВК для отопления дома

Преимущество самодельных устройств перед покупными в том, что их можно изготовить под конкретный дом, обеспечив тем самым оптимальное соотношение тепла, отдаваемого воздушной и водяной частью.

Для того, чтобы самостоятельно изготовить такую конструкцию, вам потребуются:

  • соответствующие инструменты и умение ими пользоваться;
  • понимание принципов работы металлических печей этого типа и их роли в системах водяного отопления;
  • понимание принципов конструирования подобных устройств и обзор наиболее эффективных моделей;
  • чертеж печи, соответствующей именно вашим требованиям;
  • подходящий материал.

Большинство информации можно найти на тематических форумах, где обитают те, кто уже создал или собирается создать такое устройство, включив его затем в систему водяного отопления.

Вот ссылки на наиболее интересные из обсуждений:

www.forumhouse.ru.

www.chipmaker.ru.

dacha.wcb.ru.

Составление чертежа

При составлении чертежа важно понимать, что МПВК – это обычная печь-буржуйка, в горячей зоне которой установили водяной контур, поэтому в такой печи работают все те же принципы, что и в обычной «буржуйке».

Поэтому при выборе места для установки регистра придется учитывать его охлаждающее действие – если поставить теплообменник в зоне активного горения, то добиться полного сгорания топлива невозможно, если же поставить сверху, то печь лишится эффективной варочной плиты.

Не менее важным является и выбор типа топливника, ведь сталь, в отличие от чугуна, гораздо хуже переносит воздействие высоких температур, поэтому его желательно футеровать, хотя это и усложняет конструкцию.

Для достижения максимального коэффициента полезного действия, водяной контур располагайте на высоте 800–1000 мм от колосниковой решетки, благодаря чему дрова или уголь будут сгорать с выделением максимального количества тепла. При таком расположении, каждый квадратный метр водяного контура выделяет приблизительно 15 кВт/ч тепла при интенсивной топке, в режиме длительного горения мощность падает в 3–4 раза.

Для увеличения площади регистра его можно располагать в несколько слоев, однако эффективность каждого последующего слоя будет на 5–15% ниже, чем предыдущего из-за охлаждающего действия.

Тепловая мощность МПВК

Для того, чтобы печь хорошо работала, ее тепловая мощность должна не только компенсировать теплопотери помещения, но и правильно распределяться внутри устройства, то есть тепловая мощность топливника должна быть равна совокупной тепловой мощности водяного и воздушного контуров.

Тепловая мощность и размеры топливника

Для определения тепловой мощности топливника используйте формулу Рт=S*К1*К2*К3, где:

  1. Рт – тепловая мощность топливника, кВт/ч.
  2. S – общая площадь дома м2.
  3. К1 – коэффициент теплопотерь помещения, в среднем 100, но в расположенных на юге хорошо утепленных домах может составлять 70, а в среднеутепленных домах на севере может составлять 200.
  4. К2 – коэффициент времени между топками в часах, может составлять 3–24, для дальнейшего повышения необходим теплоаккумулятор большой емкости (тысячи литров).
  5. К3 – коэффициент полезного действия, примерно 1,2 в режиме интенсивной топки и 2–2,5 в режиме длительного горения.

Согласно этой формуле, для отопления хорошо утепленного дома площадью 60 м2, расположенного в средней полосе России, при топке дважды в сутки, необходима мощность печи в режиме:

  1. Интенсивного горения 80 кВт/ч.
  2. Медленного горения 150 кВт/ч.

Этот параметр (Рт) нужен только для определения размеров топливника и никак не влияет на условную мощность печи, которую она отдает в течение часа, что и означает кВт/ч.

Определив мощность топливника, приступайте к вычислению необходимого для этого горючего. Исходите из того, что 1 кг хорошо просушенной древесины твердых пород выделяет 2,5–3 кВт/ч, а такое же количество каменного угля выделяет 5–5,5 кВт/ч.

Чтобы получить требуемое количество топлива, разделите количество энергии на теплотворную способность, к примеру, 80/3=26,6 кг дров или 14,5 кг угля в режиме интенсивной топки и примерно вдвое больше в режиме длительного горения. На самом деле получается процентов на 10–20 меньше, но при определении размеров топливника лучше считать по максимуму.

Определив количество топлива, посчитайте, какой объем оно будет занимать, затем умножьте на 3 для дров и на 4 для угля, это и будет объем топливника до водяного контура, обеспечивающий получение требуемого количества тепла. После этого подсчитайте оптимальные размеры (длину, ширину и высоту).

Тепловая мощность и размеры водяного контура

При установке регистра над топливником, с каждого квадратного метра контура при установке в один ряд можно снять приблизительно 15 кВт/ч в режиме интенсивной и 4 кВт/ч в режиме длительной топки. При этом площадь считают по периметру, а сам контур должен обеспечивать свободный проход дымовых газов.

Каждый следующий ряд выдает приблизительно на 10–15% меньше тепловой энергии, чем предыдущий. К примеру, трехрядный регистр размерами 800х300 мм выдаст приблизительно 7–10 кВт/ч тепловой энергии в режиме интенсивной топки и 1,5–2,5 кВт/ч в режиме длительной топки.

Поскольку даже интенсивная топка занимает в среднем 3 часа, а длительная 4–10 часов, то такой мощности водяного контура вполне достаточно, ведь описанная выше топка выделяет 80 кВт/ч тепловой энергии примерно за 3 часа интенсивной топки, то в течение часа получается всего 20–25 кВт/ч.

При работе в режиме длительного горения топливо сгорает менее эффективно, поэтому реально выделение тепла примерно такое же, как при интенсивной топке, только более растянутое по времени. Поэтому при быстрой топке выделение тепла избыточно, что позволяет нагреть ТА, а вот в режиме длительной топки тепла выделяется немного меньше, чем необходимо, но недостача компенсируется теплоаккумулятором.

Тепловая мощность и размеры воздушного контура

Тепловая мощность калорифера составляет 5–10 кВт/ч на каждый квадратный метр площади наружной поверхности печи в режиме интенсивной топки и 1–3 кВт в режиме длительного горения.

Такой разброс получается из-за того, что необходимо учитывать много параметров, начиная от температуры горения топлива и заканчивая скоростью движения воздуха, но у подавляющего большинства печей тепловая мощность калорифера укладывается в эти значения. При этом чем выше теплоотдача, тем ниже температура в топливнике, а значит, хуже сгорают дрова или уголь, поэтому приходится искать баланс между эффективным сгоранием и высокой теплоотдачей.

Распределение тепловой мощности в системе отопления

При интенсивной топке выделяется избыточное количество тепла, которого достаточно для прогрева помещений до комфортной температуры, однако затем необходимо сильно снижать выделяемую мощность, чтобы в доме не стало слишком жарко.

Воздух, находящийся в помещении, тоже выступает в роли теплоаккумулятора, пусть и с невысокой способностью запасать тепло, поэтому встречаются СО без ТА, но с избыточной мощностью МПВК и возможностью работы в режимах интенсивной/длительной топки.

Даже если топить такую конструкцию только дровами, правильно подбирая как количество топлива, так и режимы его горения, то суточный перепад температур не превышает 2–5 градусов. Если же совместно с печью установить достаточной емкости ТА, то перепад температур при топке дважды в сутки, удается снизить до одного–двух градусов, то есть тепловой режим помещений всегда обеспечивает максимальный комфорт.

Если необходимо увеличить мощность водяного контура в ущерб воздушному отоплению, но размеры топливника не позволяют установить регистр горизонтально, можно поставить его вертикально, это увеличит общие размеры печи. Кроме того упадет теплоотдача, в режиме интенсивной топки с каждого квадратного метра вы сможете получить примерно 10 кВт/ч, а в режиме длительного горения примерно 2 кВт/ч.

Если же необходимо повысить долю воздушного отопления и сделать его более теплоемким, то можно снизить количество отверстий во внешнем корпусе печи, сократив тем самым мощность калорифера, а к выходной трубе подключить кирпичный отопительный щиток. При этом размер щитка подбирайте таким образом, чтобы проходящие через него дымовые газы не остывали слишком сильно и, их температура на выходе составляла хотя бы 150 градусов.

Создание чертежа

Мы предлагаем составлять чертежи на основе паспорта любой из доступных в магазинах МПВК, ведь в этом документе, пусть и без подробностей, приведен чертеж такого устройства.

Взяв его за основу:

  • определите тепловую мощность и размеры топки, чтобы мощность печи соответствовала теплопотерям дома;
  • определите оптимальные размеры, форму и расположение водяного контура;
  • определите размеры, форму и расположение калорифера;
  • перенесите все эти данные на чертеж и подгоните его под них;
  • при необходимости добавьте футеровку и внешнюю отделку плиткой или изразцами (как облицевать).

При составлении чертежа учитывайте толщину металла и воздействие огня на него. Сталь, в отличие от чугуна, плохо переносит воздействие открытого огня, вступая в реакцию с кислородом, из-за чего металлические детали топки прогорают в течение нескольких лет.

Теоретически можно увеличить толщину металла до отметки 8–12 мм, но из-за этого сильно возрастет вес всей конструкции, да и ремонтировать прогоревшие участки будет заметно сложней. Поэтому одним из наиболее эффективных способов защиты стали в районе топливника является футеровка последнего, кроме того, это позволит топить такую печь даже углем (желательно проложить между футеровкой и стальной стенкой слой базальтовой ваты).

Эта проблема не распространяется на водяной контур, ведь даже если его расположить прямо над огнем, благодаря постоянному охлаждению теплоносителем, сталь не нагреется до температуры, при которой возможна реакция окисления, а значит, делать стенки слишком толстыми нет смысла.

Те, кто изготавливает МПВК нередко используют для создания регистра чугунные батареи или обычные стальные водопроводные трубы, в том числе сварные и служат такие конструкции по 20–40 лет.

После создания общего чертежа обязательно сделайте чертеж каждой детали с подробным описанием ее формы и размеров, включая толщину. Обязательно учитывайте способ соединения.

Выбор, подготовка и раскрой материала

Для создания МПВК не требуется новый металл, подойдет и то, что можно приобрести в ближайшем пункте приема черного металлолома. Даже если там нет ровных стальных пластин требуемого размера, их всегда можно сварить из кусочков подходящей толщины, при правильной сварке прочность сборки ничем не уступит прочности монолитной детали.

После покупки обязательно очистите металл от ржавчины и других загрязнений, для этого хорошо подходят следующие инструменты:

  1. Кордщетка для болгарки (углошлифовальной машинки, УШМ) (www.ozon.ru).
  2. Кордщетка для дрели (krasnodar.vseinstrumenti.ru).
  3. Пескоструйный аппарат (t-ind.ru) с подходящим компрессором (fubag.ru).

Для раскройки материала хорошо подходят:

Сборка (сварка) печи

Рассмотрим, как сварить подобную печь. Основным инструментом для сборки МПВК является сварочный инвертор (krasnodar.leroymerlin.ru), хотя могут потребоваться и другие инструменты.

Подготовив все детали, приступайте к сборке, для этого:

  • продумайте порядок сборки, чтобы какие-то элементы не пришлось вваривать в неудобных условиях;
  • убедитесь, что вы можете делать ровный герметичный шов, для этого из обрезков сварите герметичную емкость с патрубком и подключите ее к водопроводу, если течи нет, то ваших навыков достаточно для постройки МПВК;
  • сварите все детали согласно чертежу;
  • при необходимости установите кирпичи футеровки;
  • опрессуйте водяной контур с помощью водопровода или воды и воздушного компрессора под давлением 2 атм;
  • если течи нет, слейте воду, подключите печь к дымоходу и проведите первую топку мелкими щепками, чтобы проверить тягу;
  • проверьте работу устройств или систем регулировки интенсивности горения;
  • если все нормально, покрасьте печь жаростойкой краской по металлу (emal-kanash.ru);
  • после высыхания краски подключите печь к дымоходу и СО; заполните СО водой или антифризом.

Заключение

Несмотря на то, что чугунная печь с водяным контуром, как и стальная, не могут конкурировать с отопительными печами или водогрейными котлами отопления из-за низкой эффективности, благодаря своей универсальности они пользуются спросом.

МПВК подойдут как в качестве дополнительного источника тепловой энергии в газифицированные или электрифицированные дома, так и в качестве основного теплогенератора для дач и домовладений, не подключенных к сетевым коммуникациям.