Pec s vodním okruhem pro vytápění domu: vlastnosti kamnového vytápění + výběr optimální varianty

Dřevo a uhlí zůstávají v mnoha regionech nejdostupnějšími druhy paliva, kterými se vytápějí soukromé chaty. Kamnové vytápění se však volí nejen kvůli levnosti a snadné dostupnosti nosiče energie, ale také kvůli nízkým nákladům na jeho zřízení.

Kromě mnoha výhod mají kamna s vodním okruhem pro vytápění domu také řadu nevýhod. Zdaleka ne vždy je tato varianta optimální. Zkusme se zorientovat v nuancích tohoto topného systému.

Specifika vytápění kamny

Kamnové vytápění je běžnou praxí v ruských vesnicích, jehož spolehlivost a praktičnost byla prověřena staletími. A dnes v mnoha venkovských domech stojí kamna s plotnou pro vaření a pecí na pečení chleba.

Některá z nich jsou vybavena vodním okruhem topného systému, jiná nikoli. Majitelé venkovských domů však nespěchají s jejich vyhazováním a výměnou za moderní kotle. Spolehlivější a bezproblémový způsob vytápění zatím nebyl vynalezen.

Bez vodního okruhu v domě dokážou kamna na dřevo vytopit jen malý prostor kolem sebe. Pro vytápění jedné až dvou místností je tato varianta přijatelná, ale pro velký dům již ne.

Jako palivo se v takových venkovských kamnech spaluje:

• uhlí;
• rašelina;
• dřevo;
• brikety (eurodřevo).

Zásadní rozdíl mezi těmito druhy paliva z hlediska konstrukce kamen uvnitř a rozvodu systému vodního vytápění v soukromém domě neexistuje. Některá poskytují více tepla, jiná hoří déle. Konstrukce topeniště a schéma rozvodu trubek s teplonosnou kapalinou do místností jsou však ve všech případech stejné.

Při volbě kamnového vytápění nezapomínejte na protipožární normy pro stavbu zděných kamen – pouze jejich důsledné dodržování minimalizuje riziko vzniku požáru.

Mezi výhody kamnového vytápění patří:

• nezávislost na přítomnosti elektrické energie v síti;
• relativně nízké náklady na zřízení topného systému;
• levnost pevného paliva a možnost použití jeho různých druhů;
• maximální jednoduchost provozu;
• dlouhodobá distribuce tepla (u zděných konstrukcí);
• univerzálnost – vhodná současně k vytápění i vaření jídel.

Pokud nelze rodinný dům připojit k hlavnímu plynu, pak budou kamna na dřevo nejlepší volbou pro jeho vytápění.

Jedinou výjimkou je, když uhlí nebo dřevo nejsou v dané lokalitě k dispozici. Takový případ je však v Rusku spíše výjimkou než normou.

Dvě hlavní nevýhody kamen s vodním okruhem – nemožnost automatizace provozu a problematičnost regulace tepelného výkonu v jednotlivých místnostech.

Dále je třeba zmínit z nevýhod kamnového vytápění:

• dlouhé zahřívání systému před začátkem předávání tepla;
• ztráta značného užitného prostoru v domě kvůli masivnosti kamen;
• velká hmotnost kamnové konstrukce z cihel;
• nízká účinnost kvůli odchodu značného množství tepla do komína;
• vysoké nebezpečí požáru při nesprávném provozu.

Cihlová vytápěcí a varná kamna pro rodinný dům s vodním vytápěním mohou v závislosti na konstrukci a počtu řad vážit od 1,5 do 10 tun. Plus se přidává hmotnost komína.

Základ pro takovou hmotnost musí být masivní a nákladný, což lze také považovat za nevýhodu uvažovaných topných systémů.

Zařízení kamnového vodního vytápění

Kamna pro uvažovaný topný systém je v ideálním případě nutné navrhovat a stavět současně s domem. Pokud je obytná budova již postavena, bude obtížné do ní umístit cihlovou kamnovou konstrukci. A často to není možné vůbec kvůli nutnosti vytvořit pevný základ a přestavět krov.

Kamna pro vodní vytápění v rodinném domě mohou být vyrobena nejen z cihel, ale i z oceli v podobě takzvané buržujky s výměníkovými trubkami kolem topeniště pro ohřev topné vody.

Vodní vytápění na bázi kamen se skládá z:

• samotných kamen (kovových nebo cihlových);
• tepelného výměníku uvnitř nebo kolem topeniště kamen, případně ve tvaru spirály kolem komína;
• rozvedeného okruhu po domě s topným médiem a expanzní nádobou na půdě.

Také v jednotlivých případech je tento topný systém doplněn oběhovým čerpadlem a hydraulickým akumulátorem. Takto rozšířená varianta se však používá velmi zřídka, protože vyžaduje nepřetržité napájení elektřinou a vede k prodražení celého schématu.

Hlavní výhodou vodního kamnového vytápění je nízká cena zařízení. Nemá cenu ho doplňovat drahými a poruchovými prvky.

Schéma cirkulace vody v okruhu

Systém vodního vytápění v domech je budován s přirozenou (gravitační) nebo nucenou cirkulací topného média. Pokud je vytvořen na bázi kamen na dřevo, je nejlepší dát přednost první variantě.

Schéma rozvodu s přirozenou cirkulací vody je levnější než varianta s nuceným oběhem a navíc na rozdíl od ní nevyžaduje elektrické napájení.

Vodní vytápění kamny se doporučuje instalovat pouze v jednopodlažních domech o ploše do 150 m². V tomto případě jej lze provést jako gravitační bez dalších čerpadel.

Pokud je potřeba vytápět chatu o dvou a více podlažích, je lepší to provádět pomocí výkonnějšího kotle. Kamna pro takové stavby by musela být postavena obrovská, což je nákladné na realizaci. A také by se do nich muselo pokaždé vkládat značné množství paliva. To se však důrazně nedoporučuje kvůli zvýšenému riziku vzniku požáru.

Klasický systém kamnového vytápění s přirozenou cirkulací vody se skládá z:

• výměníku tepla v kamnech;
• okruhu z kovového potrubí;
• radiátorů (obvykle nahrazených tlustými trubkami v místnostech);
• expanzní nádoby.

Pokud je rozhodnuto provádět vodní vytápění v rekreačním domě svépomocí, je lepší jej navrhnout právě podle tohoto schématu. Montáž a výpočet této varianty je jednodušší než u varianty s nuceným oběhem vody.

Systém s oběhovým čerpadlem je vhodnější pro kotle, u kamen ztrácí svou zvýšenou účinnost přenosu tepla.

Pokud je bojler automatizovaný a ohřívá vodu průběžně podle potřeby, kamna na dřevo se topí jednou nebo dvakrát denně. Právě v těchto okamžicích se ohřívá teplonosná látka v topeništi kamen, aby předala teplo do místností. Poté je zbytečné ji čerpadlem pohánět po trubkách okruhu. Vodu ve studeném topeništi stejně nic neohřeje.

Při volbě kamen na dřevo nebo uhlí majitelé rodinných domů obvykle počítají s tím, že získají autonomní systém vytápění. Pokud do nich nainstalují čerpadlové zařízení vyžadující ke svému provozu napájení z elektrické sítě, bude obtížné hovořit o autonomii.

Kamna – zděná nebo kovová

Zděná kamna se zahřívají déle, ale také déle vyzařují teplo do okolí. Ocelová varianta se naopak rychle zahřívá a po dohoření paliva také rychle chladne. Tento problém je částečně řešen přítomností velkých objemů teplonosné látky ve vodním okruhu.

Čím více vody je však třeba v systému uchovávat, tím je nákladnější z hlediska materiálu.

Kovová kamínka s vodním výměníkem pro topný okruh v rodinných domech je povoleno instalovat přímo na dřevěnou podlahu bez budování speciálního základu.

Kamna z oceli pro vodní vytápění o výkonu 5–15 kW – bez paliva a vody jde o konstrukci o hmotnosti 100–300 kg. Taková kamínka lze bez obav umístit na zesílené trámy. Kamnové základy je třeba betonovat, když kamna váží více než 700–800 kg. Pokud jsou zděná, pak se bez betonářských prací rozhodně neobejdete.

Ve srovnání s kovovou, cihlová pec váží více, stojí více a je náročnější na montáž. Má však vyšší účinnost a menší riziko zamrznutí okruhu s prasknutím trubek v důsledku tvorby ledu uvnitř. Pokud se rozhodnete pro trvalé bydlení a chcete vše dělat pořádně, doporučuje se zvolit cihlovou variantu.

Trubky – nerez nebo kovoplast

Pokud je topný systém založen na teplovodním kotli, lze jeho připojení provést nejen ocelovými trubkami, ale také kovoplastovými a polypropylenovými. Pokud však bude vodu ohřívat dřevěná pec, měl by být okruh s teplonosným médiem vytvořen pouze z nerezu.

Při velkém množství dřeva se voda v hadu topeniště může rychle zahřát na 100 stupňů a vařit, takové teploty po dlouhou dobu vydrží pouze ocel.

Kovoplast je určen pro práci s teplonosným médiem zahřátým na 90–95 °C. Krátkodobě snese i zahřátí na 110–120 °C. Automatika kotlů a bojlerů přitom původně nedovoluje ohřev vody na takové stupně. Pro podlahové vytápění se voda ohřívá na 30–45 °C, pro radiátory na 60–65 °C.

V případě dřevěné pece jsou teploty kolem stovky nejen možné, ale dokonce běžné. Nedoporučuje se riskovat a hrát ruskou ruletu s připojením této pece pomocí kovoplastových trubek. Nejlépe je dát přednost spolehlivější nerezové oceli.

Navíc vývody z topeniště od hadu pro připojení trubek okruhu se budou určitě zahřívat na velmi vysoké teploty. Od otevřeného ohně je dělí méně než půl metru. Připojovat k nim jakékoli plastové trubky je nebezpečné kvůli riziku jejich roztavení.

Přenos tepla – radiátory nebo registr

Dodávka tepla z pece do topného okruhu probíhá v dávkách po několik hodin, dokud v topeništi hoří dřevo nebo uhlí. Pokud je v topném systému málo vody, dům rychle vychladne. Proto se na vesnicích takové vytápění obvykle provádí z tlustých ocelových trubek, nikoli na základě radiátorů, které jsou městským obyvatelům známější. Topný registr pro dřevěné pece je naprosto ideální.

Klasické schéma vodního kamnového vytápění s přirozenou cirkulací předpokládá přímý kontakt vody s atmosférou přes expanzní nádobu, ale běžným radiátorům vzduch v teplonosném médiu škodí.

Trubka z nerezu o průměru 80–120 mm položená po domě je topný registr sestávající z přívodu od pece a zpátečky k ní. V místnosti nejdále od topeniště jsou tyto linie spojeny dohromady a v ostatních místnostech jsou uloženy jako dvě trubky podél vnějších stěn.

Registr nevypadá tak esteticky jako radiátor. Ale první varianta je mnohem levnější a jednodušší na vlastní výrobu než druhá. K její realizaci stačí mít zkušenosti s prací se svářečkou.

Plocha pro přenos tepla pro takový okruh se vypočítá vynásobením čísla pí průměrem a délkou trubky. Navíc je třeba v výpočtech zohlednit tepelný spád v přívodu a zpátečce a také svislou vzdálenost mezi potrubími.

Často se však takové výpočty neprovádějí a vezme se trubka o průměru 80–100 mm a položí se po obvodu celé obytné budovy s uzavřením smyčky v nejvzdálenější místnosti. Přitom se regulace přenosu tepla provádí "od oka" a experimentálně na základě množství paliva vloženého do topeniště.

Ne nadarmo jsou okruhy z registrů spolu s vodními kamny tak rozšířené. Není je ani třeba počítat, stačí vzít vhodnou trubku a svařit ji svářečkou.

Výběr výměníku tepla pro topeniště

Výměník tepla do kamen lze vyrobit z mědi, oceli nebo litiny. Měděnou variantu raději vylučte kvůli vysoké ceně. Samostatně takové zařízení připájet je krajně problematické.

Litinové radiátory by se měly do topeniště instalovat opatrně – kvůli tepelnému šoku se jednotlivé články mohou oddělit od sousedních prvků.

Litina technickými parametry předčí ocel. Vyrobit z ní vlastníma rukama výměník tepla pro kamna na dřevo je však problematické. Lze k tomu použít jen starý radiátor. Zde je ale třeba počítat s tím, že těsnění mezi jeho články v topeništi vyhoří. A to je přímá cesta ke ztrátě těsnosti a úniku vody do topeniště.

Pokud se rozhodnete vyrobit výměník tepla z litinového radiátoru, je nejlepší vzít modely MS-110-300 nebo MS-90-300. Jsou malé a snadno se vejdou do topeniště. Plocha ohřevu na každé žebro bude asi 0,14–0,16 m².

Na základě těchto údajů lze odhadnout, kolik článků bude potřeba pro konkrétní okruh. Na každých 10 m² plochy domu je potřeba 1 kW, což se přibližně rovná 0,1 m² plochy ohřevu litinového výměníku.

Žebra litinového radiátoru se obvykle spojují pomocí těsnění z tepelně odolné pryže. V kamnovém topeništi takové pryžové těsnění shoří, je třeba jej vyměnit za azbestovou šňůru.

Dalším aspektem použití litinového radiátoru jako výměníku tepla je obtížnost jeho čištění od sazí zevnitř topeniště. Čas od času je nutné topeniště vyčistit a reliéfní žebra "litiny" tomu budou silně překážet.

Nejoptimálnější variantou výměníku tepla je ocelový ve tvaru:

• hadovky z několika trubek;
• pláště z plechu.

Vyrábějí se z nízkouhlíkové oceli St10…St20 o tloušťce 4–5 mm. Pokud se použijí trubky, pak o průměru 30–50 mm.

Nejjednodušší je vyrobit ocelový výměník tepla z ocelového plechu – avšak na přenosu tepla se bude podílet pouze povrch obrácený dovnitř topeniště k ohni.

Trubkový varianta je z hlediska přenosu tepla účinnější, ale je také náročnější na výrobu.

Pro výpočet výměníku tepla je třeba použít vzorec:

Qy=K*(Tcp-Tk)

kde:

• K – součinitel prostupu tepla materiálu (pro nízkouhlíkové oceli se bere 15–20, pro šedou litinu – 50);
• Tcp – průměrná teplota ohřívacího média v topeništi (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – průměrná teplota teplonosné látky (Tpřívodu+Tvratu)/2.

Pokud se v kamnech budou spalovat dřevo, pak Tcp=(700+300)/2=500 °C a Tk=(80+60)/2=70 °C. Výsledkem je Qy=15*(500-70)=6450 kcal/hod. To znamená, že na čtvereční metr plochy výměníku obrácené k ohni připadne přibližně 7,5 kW/hod.

Pro uhlí jsou výpočty následující – Tcp=(1000+600)/2=800 °C a Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/hod=12 734 W/hod. Čtvereční metr plochy výměníku tepla poskytne přibližně 12,7 kW/hod.

Dále vydělíme potřebný výkon pro vytápění konkrétního domu vypočtenou hodnotou, v závislosti na plánech použití určitého typu paliva.

Například pro dům o rozloze 150 m² je potřeba přibližně 15 kW. Pokud bude vytápěn dřevem, bude zapotřebí výměník tepla s teplosměnnou plochou 15/7,5=2 m². To je plocha, která je obrácena k plameni a zahřívá se.

Pokud je zvolena trubková spirála, její délka se vypočítá podle vzorce:

S=2*3,14*D*L

kde:

S – výpočtová plocha;

D – průměr trubek;

L – potřebná délka.

Parametry pláště z ocelového plechu se vypočítají ještě snadněji, obvykle se jedná o dva obdélníky po stranách spalovací komory.

Výběr nejvhodnější varianty

V již postaveném domě bude obtížné umístit masivní zděná kamna. Vodní vytápění je v tomto případě nejlepší organizovat na bázi kovových kamen (buržojka), které je možné postavit na zesílenou dřevěnou podlahu bez zalévání základů.

Pokud je však možné provést základový základ řádně, je třeba upřednostnit spolehlivější zděnou kamnovou konstrukci.

Vodní okruh v domě pro kamna na dřevo je nejlepší vyrobit z tlustých ocelových trubek s přirozenou cirkulací teplonosné látky.

Instalace oběhového čerpadla a/nebo hydroakumulátoru do uvažovaného topného okruhu je zbytečné utrácení peněz a nulový přínos. Pouze zkomplikují montáž systému. A při výpadku proudu tato zařízení způsobí ještě větší problémy. Zatímco varianta vytápění bez nich bude při problémech v elektrické síti dále klidně vytápět dům.

Závěry a užitečné video k tématu

Výběr tvaru výměníku tepla do kamen na dřevo:

Přehled zděných kamen pro vodní vytápění v chatě:

Konstrukce zděných kamen pro vytápění a vaření s rozborem postupu kladení:

Nazvat vodní vytápění na bázi kamen na dřevo ideálním a vysoce účinným je obtížné. Tento způsob vytápění soukromých domů je však nejspolehlivější, a také levný a jednoduchý na realizaci. Jen není nutné doplňovat takový okruh oběhovým čerpadlem a automatikou. Ty fungují na elektřinu a činí celý systém neautonomním, čímž ruší jednu z jeho hlavních výhod.