Є багато способів обігріву приватного будинку, пов'язаних з використанням газу і електрики. Але незважаючи на достаток сучасних методів, пічне опалення все ще актуально при облаштуванні заміських будинків і дач.
Погодьтеся, ніщо так не підкреслює колорит російської хати, як піч на дровах. Крім того, твердопаливні опалення вважається одним з економічних варіантів.
Організацію системи обігріву починають з вибору пічного обладнання та визначення типу опалювального контуру. Пропонуємо розібратися в пристрої і принципи функціонування водяного і повітряного опалення на базі печі. Для кращого розуміння питання ми доповнили матеріал схемами і наочними фотографіями.
Опалення за допомогою повітряної системи
Причина стійкого переваги, яке власники приватних будинків віддають пічного варіанту опалення, полягає в економічності експлуатації - доступності дров, паливних брикетів або вугілля.
Недолік полягає в обмеженості оброблюваного простору, який можна виключити шляхом влаштування водяної та повітряної системи на основі цегляного агрегату.
Специфіка пристрою опалення малоповерхових будівель піччю представлена в фото-підбірці:
Пічне опалення донині популярно в приватному секторі як найменш витратний, незалежний і доступний варіант обігріву 
Істотним недоліком пічної опалювальної схеми вважається обмеженість дії - піччю складно або взагалі неможливо опалювати більше трьох суміжних кімнат 
Піч - відмінний варіант для обігріву малогабаритних дачних будиночків, приватних котеджів на 2 - 3 кімнати, мисливських заімок 
При проектуванні піч не розміщують біля зовнішніх стін, а встановлюють так, щоб агрегат частково розташовувався по можливості в більшості приміщень 
В організації пічного опалення приватних котеджів використовуються не тільки традиційні російські споруди, а й виготовлені на заводі моделі зі сталевим або чавунним корпусом 
Компактні агрегати з тонкими стінками займають мінімум простору, ефективно працюють, оснащуються системами управління та контролю 
Традиційні цегляні печі діляться на агрегати періодичної і безперервної дії. У перших процес горіння подовжений за часом, другі необхідно постійно топити 
Для обігріву двоповерхових котеджів влаштовують двоповерхові агрегати з одним димоходом, всередині якого влаштовується разсічка для оптимізації відтоку диму з обох частин печі
Принцип функціонування повітряного опалення на базі печі або каміна полягає в передачі теплого потоку, підігрітого до робочої температури в теплообміннику або в котлі. Повітря надходить або відразу в приміщення, або через повітроводи.
Завдяки відносно невеликій шляху він не встигає втратити температуру. В результаті досягається рівномірний розподіл тепла по будинку.
Камеру для нагріву повітря влаштовують над топкою, щоб гаряча верхня поверхня топки і димар передавали їй максимальну кількість тепла. Циркуляція повітря відбувається природним чином або з допомогою вентиляторів.
Сталева піч заводського виробництва для обігріву приміщення площею 120 кв. м за допомогою повітряних потоків коштує близько 12 000 рублів
Природна циркуляція відбувається в результаті різниці щільності холодного і гарячого повітря. Холодне повітря, потрапляючи в нагрівальну камеру, витісняє гарячий в повітроводи.
Такий спосіб не вимагає наявності електроенергії, проте при недостатньо швидкому русі повітря через камеру нагрівання він сильно розжарюється, що може викликати проблеми.
Повітряне опалення з природним рухом нагрітого повітря передбачає установку трубопроводів для спрямованого руху. В примусових варіантах переміщення повітря стимулює вентилятор (+)
Примусова циркуляція відбувається із застосуванням вентиляторів або насосів. Однак нагрів приміщень відбувається більш швидко і рівномірно. При примусової вентиляції, регулюючи її режим, це зручний спосіб упорядкування об'ємом повітря, що подається в різні приміщення, тим самим визначаючи мікроклімат окремих кімнат будинку.
За типом подачі холодного повітря системи діляться на два різновиди:
- З повною рециркуляцією. Нагріті повітряні маси чергуються з охолодженими в межах одного приміщення. Мінус схеми в тому, що якість повітря падає при проходженні кожного циклу нагріву / охолодження.
- З частковою рекультивацією. Проводиться забір частини свіжого повітря з вулиці, який подмешивается до частини повітря з приміщення. Після нагріву суміш двох повітряних порцій поставляється споживачеві. Перевага в стабільній якості повітря, недолік в енергозалежності.
Зрозуміло, що до першої групи належать канальні системи з природним рухом повітряного теплоносія. До другої відносять варіанти з примусовим переміщенням повітря, для руху якого необов'язково влаштовувати мережу повітропроводів.
Приплив повітря з вулиці дає системі з природною циркуляцією додатковий імпульс, що дозволяє обійтися без використання вентиляторів
Основні переваги повітряного опалення в порівнянні з водяним:
- високий ККД;
- безаварійність;
- відсутність радіаторів в приміщеннях.
Пристрій контура з примусовим рухом дозволяє обійтися без спорудження системи повітропроводів. До того ж, цей різновид можна поєднувати з кондиціонуванням, зволоженням і іонізацією повітря.
Якщо установка пристрою, що стимулює рух нагрітого повітря, не планується, то в підвищенні продуктивності печі використовуються такі способи:
Ефективність головного агрегату пічного опалення залежить від грамотного споруди конструкції 
Для збільшення тепловіддачі при будівництві печей влаштовують димооборотамі - канали всередині конструкції, що забезпечують утримання тепла 
Для того щоб відібрати максимум тепла, протяжність димооборотов збільшують, змінюючи їх напрямок. Вони бувають вертикальними, горизонтальними, підйомними, опускними 
Для того щоб ніщо не заважало відведення газів, стінки димооборотов повинні бути чистими і гладкими. Їх не штукатурять, щоб не створювати умови для заторів
Підвищення ККД мимовільно збільшить швидкість руху повітряного потоку: чим швидше нагрівається повітря, тим інтенсивніше відбувається зміна остигнула і нагрітої повітряної маси.
Основні недоліки повітряного опалення в порівнянні з водяним:
- при використанні печі температура повітря, що подається має значний діапазон, на відміну від використання інших засобів нагріву;
- повітроводи мають великий діаметр, тому монтаж необхідно здійснювати на етапі будівництва;
- бажане розташування печі в підвальному приміщенні, інакше необхідно застосування вентиляторів, які видають шум.
Рух повітря в приміщенні має негативну сторону - піднімає пил, проте використання фільтрів на виході з воздуховода дозволяє ефективно цей пил відловлювати, таким чином, зменшуючи загальну кількість пилу в будинку.
Іншою особливістю повітряного опалення має позитивну і негативну сторони є швидкість передачі тепла. З одного боку - приміщення нагріваються швидше, ніж при опаленні за допомогою водяного контура, з іншого боку відсутня теплова інерція - як тільки піч або камін гасне, то приміщення відразу починає остигати.
Для забезпечення рівномірного тиску в бічних гілках воздуховода необхідно виключити їх врізку в останні півметра магістрального воздуховода
На відміну від водяного опалення монтаж системи повітряного опалення не представляє ніякої складності. Всі елементи (труби, відводи, вентиляційні решітки) досить просто можна з'єднати без зварювальних робіт. Існують гнучкі повітроводи, які можуть приймати будь-яку форму, в залежності від геометрії приміщень.
Незважаючи на це, системи повітряного опалення на базі печей або камінів не отримали поки широкого поширення. Набагато частіше в індивідуальному малоповерховому будівництві для обігріву приміщень застосовують водяний контур.
На основі печі або каміна з цегляної або сталевий топкою можна влаштувати як повітряне, так і водяне опалення
Пристрій водяного опалення на основі печі
Принципи роботи будь-якого водяного опалення засновані на розподілі тепла від локального джерела по всьому приміщенню, за допомогою руху води по контуру обігріву.
Основні елементи водяного опалення
Для схеми пічного опалення з водяним контуром основними елементами є:
- піч або камін з теплообмінником, в якому відбувається нагрівання води;
- опалювальний контур, де відбувається віддача тепла в приміщення;
- розширювальний бак, щоб запобігти пошкодженню системи в результаті підвищення тиску;
- циркуляційний насос для забезпечення руху води по контуру.
Є загальні правила функціонування водяного опалення, такі як схеми розводки, які добре відомі, і яких необхідно дотримуватися. Однак при використанні печі в якості джерела тепла існують специфічні вимоги, пов'язані з особливістю температурного режиму.
Принцип дії водяного опалення на базі печі або каміна нескладний, проте необхідно точно розрахувати параметри всіх елементів системи
Печі не швидко нагріваються і повільно остигають, відбувається нерівномірний виділення тепла і тільки правильна установка всіх компонентів системи дозволить уникнути проблем з якісним обігрівом приміщень будинку.
Види теплообмінника і способи розміщення
Для виготовлення теплообмінника для печей застосовують листову "чорну" сталь або жароміцних нержавіючу сталь. Застосування чавуну в якості матеріалу для виробництва важко, але можна використовувати готові чавунні вироби, такі як чавунні радіатори.
Можливе використання міді, яка має кращу теплопровідність у порівнянні зі сталлю, проте ціна такого пристрою буде висока. Теплообмінник рекомендують виготовляти зі сталі товщиною від 3 мм. При високих температурах печі, що виникають у разі використання вугілля або, тим більше, коксу необхідно застосовувати сталь товщиною 5 мм.
Теплообмінники умовно можна розділити на три види:
- регістри, змійовики і радіатори, що складаються з набору труб;
- сорочки (котли), зварені з листової сталі;
- комбінований варіант у вигляді вертикальних стінок, з'єднаних трубами (так звані "книжки").
Сорочки з листової сталі простіше виготовити і вони легше в очищенні від продуктів згоряння палива, проте трубчасті конструкції мають велику площу нагріву. При виготовленні сорочки потрібно враховувати надлишковий тиск води, яке виникає при використанні мембранного бака-розширювача або підйому води на велику висоту.
Теплообмінник для водяного опалення на основі печі можна влаштувати з підручних матеріалів:
Для організації водяного опалення на базі печі вона оснащується вбудованим котлом або теплообмінником 
Чим більше теплопроводящая площа теплообмінника, тим ефективніше робота печі. Цікавим рішенням є використання чавунної батареї 
Якщо немає можливості влаштувати масивний теплообмінник, його споруджують у вигляді двох труб або змійовика. В цьому випадку підсилюють рух теплоносія, в схему включають циркуляційний насос 
При проектуванні схеми пічного опалення число агрегатів намагаються зменшувати. Тому в пріоритеті включення функції підготовки теплоносія в варильну піч
В цьому випадку потрібно використовувати сталь товщиною не менше 5 мм і додатково посилити стінки ребрами жорсткості щоб уникнути їх деформації.
Форми трубчастих конструкцій можуть бути різні, проте необхідно дотримуватися умова, щоб внутрішній розмір труб був не менше 3 см в діаметрі. В іншому випадку, при повільній швидкості циркуляції або занадто великій температурі ймовірно закипання води.
Регістри виготовляють, як правило, з профільних, а не з круглих труб, щоб полегшити зварювальні роботи.
Виготовити теплообмінник необхідного розміру можна самостійно. В цьому випадку підвищена увага треба приділити якості зварювання. При виникненні протікання теплообмінника вся вода виллється в піч.
Крім того, для усунення проблеми доведеться виконати великий обсяг роботи: розібрати піч, вийняти, заварити і поставити назад теплообмінник, а потім знову зібрати піч.
Існує два варіанти розташування теплообмінника. У першому випадку його розміщують безпосередньо в топливнике, значно звужуючи його простір. У другому - регістри встановлюють в ковпаку безоборотную печей, проте сама піч в цьому випадку має більш складну конструкцію.
При наявності Колпакової печі краще помістити теплообмінник в ковпак: там також жарко, а простір топки залишиться незмінним
При установці трубчастого типу теплообмінника необхідно залишати зазор між ним і стінкою печі. Це необхідно для кращого нагріву теплоносія, а також можливості чистки регістра. Чистити і сорочки і регістри періодично необхідно, так як в разі сильного засмічення золою зменшується ефективність теплообміну.
При наявності вручений плити чистка відбувається після її зняття. Якщо піч має тільки опалювальну функцію, то чистка відбувається через топкові дверці.
Циркуляція води в системі опалення
Основні принципи організації природної циркуляції води в системі полягають у моделюванні "колектора розгону" на виході з теплообмінника і в створенні постійного ухилу труб контуру опалення величиною 3-5 °.
Загальний сенс "колектора розгону" полягає в тому, що від печі нагріта вода піднімається вертикально вгору, а потім вже розподіляється по контуру опалення.
Циркуляція відбувається через різниці питомої ваги холодної і гарячої води. Холодна вода важче гарячої, і стікаючи до теплообмінника, витісняє гарячу воду вгору по трубі. Точка входу "обратки" повинна бути нижче виходів води з радіаторів опалення, інакше циркуляція води буде дуже повільної або її не зовсім.
Колектор розгону необхідний навіть для невеликих по протяжності контурів опалення в разі використання природної циркуляції
Для збільшення швидкості переміщення води по контуру опалення встановлюють циркуляційний насос. Таким чином, відбувається більш швидке і рівномірний розподіл тепла по будинку. Одночасно може бути кілька насосів для різних контурів опалення.
При наявності стрибків напруги необхідно застосовувати стабілізатор напруги, так як вихід насоса з ладу може спричинити серйозні наслідки для всієї системи.
Насоси умовно можна розділити на дві групи щодо положення двигуна: з "сухим" ротором і "мокрим" ротором. За типом напруги: моделі, що працюють від мережі 220 В і насоси, що функціонують від джерел живлення в 12 В.
Двигун в насосах з "сухим" ротором ізольований від зануреної в воду крильчатки кільцями ущільнювачів. У порівнянні з насосами з зануреним у воду двигуном, "сухі" насоси мають більш високий ККД.
Однак серед недоліків можна назвати високий рівень шуму, необхідність проведення регулярного обслуговування і менший моторесурс. Тому в приватному будинку, як правило, використовують циркуляційні насоси з "мокрим" ротором.
Вибір типу харчування насоса заздрості від можливості природної циркуляції води в системі. Якщо вона неможлива без участі насоса, то вибір повинен бути зроблений на користь варіанту з підтримкою напруги 12 В і джерела безперебійного живлення.
Інакше, в разі відключення електрики можливе закипання води і виходу системи з ладу. Якщо природна циркуляція можлива, то краще придбати більш поширений і дешевий варіант з живленням від мережі 220 В.
Підключивши насос з напругою 12 вольт до джерела безперебійного живлення можна не побоюватися за функціонування системи опалення
При установці насоса з харчуванням 220 В необхідно організувати можливість функціонування системи обігріву при відключенні електрики. Для цього на трубі встановлюють запірний кран, а в обхід його монтують обвідну трубу з насосом (так званий "байпас").
На обвідний трубі перед насосом встановлюють кран-фільтр, а після - запірний кран. Регулюючи положення запірних кранів на основний і обвідної трубах, можна включати режим примусової і природної циркуляції.
Як правило, насос встановлюють на "обратке" біля печі, щоб температура рідини, яка буде проходити через пристрій, була найменшою. Це значно подовжить термін служби насоса.
Крім того, необхідно розміщувати максимально можливу кількість елементів управління системи опалення в одному місці, щоб в разі виникнення аварійних ситуацій можна було швидко вжити заходів для їх усунення.
Монтаж обвідної труби (by pass) дозволяє працювати системі опалення при відключенні електрики, а також дає можливість зняти насос без зливу води
Правила використання розширювального бака
Рідина при нагріванні розширюється, і якщо це буде відбуватися в замкнутій системі, то сильно зросте тиск всередині неї, а зростання тиску загрожує проривом води. Використання запобіжного клапана недоцільно, так як після охолодження води і зменшення її об'єму в систему буде запущений повітря.
Тому в опалювальних контурах з примусовим рухом води використовують спеціальні розширювальні баки, які бувають відкритого або закритого типів. Їх обсяг розраховують, виходячи не тільки з максимального теплового розширення рідини (5-7%), але і з урахуванням можливості закипання системи.
Бак відкритого типу оснащує водяний контур пічного опалення гравітаційного типу, тобто з природною транспортуванням теплоносія. Являє собою металеву ємність довільної форми, розташованої на самому верху опалювального контуру. Він безпосередньо сполучається з атмосферою, через що частково випаровується теплоносій.
Трубопровід підключається до дну або нижній чверті бака, а до верху нього приварюється патрубок для відводу води в разі переливу і здійснення виходу повітря з системи. Практика показує, що обсяг бака відкритого типу повинен становити не менше 15% від обсягу води в системі опалення.
Бак розширювач відкритого типу мають у своєму розпорядженні, як правило, в технічному приміщенні і його зовнішній вигляд не має ніякого значення
Бак закритого або мембранного типу являє собою закриту посудину з мембраною усередині. Вода, нагріваючись, збільшує тиск, розтягує мембрану і надходить в бак.В разі перевищення тиску спрацьовує автоматика, і надлишок теплоносія скидається в каналізацію.
Після першого скидання зазвичай більше не виникає причин для його повторного виробництва, так як обсяг теплоносія стає рівним обсягу системи.
Закритий мембранний бачок монтують перед насосом. Така ємність, на відміну від бака відкритого типу, не може позбавлятися від повітря сама, тому нагорі контуру опалення необхідно встановити кран Маєвського (механічний відведення повітря) або його автоматичний аналог.
Єдиний елемент мембранного бака, який з часом може вийти з ладу - мембрана, тому краще купувати бак з можливістю її заміни.
При покупці бака закритого типу, який іноді називають гідроакумулятором, головне не переплутати його з гідроакумулятором для водопостачання.
Для мембранного бака, який використовується в опаленні, робоча температура має значення до 120 ° С, а тиск - до 3 Бар. Для водопостачання використовують баки з температурою до 70 ° С і тиском до 10 Бар.
Вибір між трубами і радіаторами
Як підводу води при пічному опаленні можна використовувати систему пластикових труб з радіаторами (батареями) або систему металевих труб. Основна перевага застосування радіаторів полягає в тому, що вони гарніше виглядають у порівнянні з масивними воздуховодами.
Пластикову розводку можна без праці заховати в підлогу, так як вона не віддає тепло. Хоча за правилами розводка водяного опалення повинна бути відкритою. Однако у полимерных трубопроводов есть ограничения: их нельзя прокладывать там, где есть вероятность оплавления и прямого действия УФ.
Преимущество металлических труб заключается в более низкой цене всего отопительного контура, простоте монтажа и реже возникающими проблемами при эксплуатации системы.
Использование металлических труб отопления вместо системы радиаторов с металлопластиковой подводкой оправдано, если не важна эстетическая составляющая дизайна помещения
Значимым преимуществом системы с радиаторами является простота регулировки температуры. Даже самые точные расчеты температурного режима помещения могут быть скорректированы. Например, маленькому ребенку до 6 месяцев рекомендована температура 19-21°С, в то время как комфортной температурой в остальном доме считают 25°С.
Чтобы обеспечить такую температуру в течение длительного периода времени в комнате надо полностью или частично закрыть кран подачи тепла к одному из радиаторов. В случае металлической трубы вопрос тоже можно решить, но более сложным способом: уменьшить теплоотдачу сегмента трубы с помощью пенополиуретановой или фольгированной скорлупы.
Еще одним вариантом отопительного контура может быть водяной теплый пол. Это очень комфортный по ощущению человека вид подачи тепла, однако монтаж теплого пола значительно более трудоемкий, чем рассмотренные ранее варианты.
К тому же при использовании теплого пола нет возможности обеспечить уклон для естественной циркуляции воды, что в сочетании с небольшим диаметром труб теплого пола приводит к обязательному условию применения циркуляционного насоса.
Чтобы продавить воду через трубы теплого пола необходимо использовать насос, естественная циркуляция не будет работать при такой геометрии системы отопления
Предотвращение перемерзания системы отопления
Использование воды в качестве теплоносителя имеет один минус – в случае перемерзания системы отопления повредится трубопровод и приборы. Особенно сложно восстановить в этом случае теплообменник, интегрированный в печь.
Это проблема актуальна для домов, которые в зимний период могут не отапливаться длительное время. Один из способов предотвратить повреждение системы – использовать вместо воды антифриз, предназначенный для отопительных систем.
Для жилых помещений в качестве антифриза используют жидкости на основе пропиленгликоля, как нетоксичного вещества в отличие от этиленгликоля.
Однако у идеи использования антифриза существуют свои минусы:
- антифриз на основе пропиленгликоля дорого стоит (от 80 р/литр);
- удельная теплоемкость антифриза меньше чем у воды (ориентировочно на 15%), поэтому необходима большая мощность печи и большая площадь поверхности устройств обогрева помещений;
- у антифриза более высокая динамическая вязкость, чем у воды, поэтому необходим более мощный циркуляционный насос, а естественная циркуляция невозможна;
- при нагревании антифриз расширяется до 40%, поэтому необходимо использовать большой расширительный бак закрытого типа;
- пропиленгликоль очень текуч, поэтому проникает через соединения в системе отопления, через которые не проникает вода;
- пропиленгликоль несовместим с оцинкованными трубами, потому что при контакте присадки антифриза утрачивают свойства;
- при закипании антифриза (что вероятно при использовании печей) происходит необратимая химическая реакция, в результате чего всю систему придется сливать и заливать антифриз заново.
Для антифриза систему отопления необходимо рассчитывать заранее – использование его в проектах, реализованных для воды довольно проблематично.
Причем проект с применением антифриза будет значительно дороже, чем система водяного отопления. Поэтому его использование пока не получило широкого распространения в частных домах при печном отоплении, а для предотвращения перемерзания используют другие методы.
При выборе жидкости для системы отопления необходимо иметь в виду не только физико-химические характеристики, но и ее опасность для окружающих
Слив воды из контура и рубашки или регистра печи является наиболее частым решением проблемы при длительном отсутствии хозяев дома. Помимо дополнительной работы к минусам этого метода нужно отнести доступ воздуха к металлическим элементам системы с внутренней стороны и, как следствие, распространение коррозии.
Также в качестве решения проблемы на короткий промежуток времени, применяют интеграцию в отопительный контур электрического котла небольшой мощности. Его работа на минимальном уровне потребления энергии в состоянии временно поддержать положительную температуру воды.
Подсоединенный к системе отопления электрокотел малой мощности способен поддержать положительную температуру воды на случай длительного отсутствия хозяев
Висновки і корисне відео по темі
Рабочая система отопления на основе печи и водяного контура в частном доме, площадью 80 квадратных метров:
Подача тепла в систему отопления от печей и каминов происходит порционно, что усложняет задачу расчета параметров элементов отопительного контура. Проводить работы по переделке контура довольно проблематично, поэтому при недостатке опыта в этой сфере лучше обратиться к специалистам, имеющим навыки решения таких задач.
У вас есть опыт в организации печного отопления? Или вы так обогреваете свой дом и хотели бы поделиться впечатлениями от эксплуатации печи? Пожалуйста, оставляете комментарии и задавайте вопросы. Форма обратной связи расположены ниже.