Jak provést kamnové vytápění v soukromém domě se vzduchovými nebo vodními okruhy

Existuje mnoho způsobů vytápění soukromého domu, spojených s použitím plynu a elektřiny. Ale navzdory hojnosti moderních metod je kamnové vytápění stále aktuální při zařizování venkovských domů a chat.

Přiznejte si, nic nezdůrazňuje kolorit ruské chalupy jako kamna na dřevo. Kromě toho je vytápění tuhými palivy považováno za jednu z ekonomických variant.

Organizaci systému vytápění začínají výběrem kamnového zařízení a určením typu topného okruhu. Nabízíme seznámit se s zařízením a principy fungování vodního a vzduchového vytápění na bázi kamen. Pro lepší pochopení otázky jsme doplnili materiál schématy a názornými fotografiemi.

Vytápění pomocí vzduchové soustavy

Důvod trvalé preference, kterou majitelé soukromých domů dávají kamnovému způsobu vytápění, spočívá v ekonomičnosti provozu – dostupnosti dřeva, palivových briket nebo uhlí.

Nevýhoda spočívá v omezenosti vytápěného prostoru, který lze odstranit zařízením vodního a vzduchového systému na bázi zděného agregátu.

Specifika zařízení vytápění nízkopodlažních budov kamny jsou představena ve fotovýběru:

Princip fungování vzduchového vytápění na bázi kamen nebo krbu spočívá v přenosu teplého proudu, ohřátého na provozní teplotu ve výměníku nebo kotli. Vzduch vstupuje buď přímo do místnosti, nebo skrz vzduchovody.

Díky relativně krátké dráze nestihne ztratit teplotu. Výsledkem je rovnoměrné rozložení tepla po domě.

Komora pro ohřev vzduchu je umístěna nad ohništěm, aby horká horní plocha ohniště a komín předávaly maximum tepla. Cirkulace vzduchu probíhá přirozeně nebo pomocí ventilátorů.

Ocelová kamna z tovární výroby pro vytápění místnosti o ploše 120 m² pomocí vzduchových proudů stojí asi 2 400 Kč

Přirozená cirkulace nastává v důsledku rozdílu hustoty studeného a horkého vzduchu. Studený vzduch, který vstupuje do ohřívací komory, vytlačuje horký vzduch do vzduchovodů.

Tento způsob nevyžaduje elektrickou energii, avšak při nedostatečně rychlém pohybu vzduchu přes ohřívací komoru se velmi zahřívá, což může způsobit problémy.

Vzduchové vytápění s přirozeným pohybem ohřátého vzduchu předpokládá instalaci vzduchovodů pro směrový pohyb. U nucených variant pohyb vzduchu stimuluje ventilátor (+).

Nucená cirkulace probíhá pomocí ventilátorů nebo čerpadel. Ohřev místností je však rychlejší a rovnoměrnější. Při nuceném větrání lze regulací jeho režimu snadno řídit objem přiváděného vzduchu do různých místností, čímž určujeme mikroklima jednotlivých místností domu.

Podle typu přívodu studeného vzduchu se systémy dělí na dva druhy:

• S úplnou recirkulací. Ohřáté vzduchové masy se střídají s ochlazenými v rámci jedné místnosti. Nevýhodou schématu je, že kvalita vzduchu klesá při každém cyklu ohřevu/chlazení.
• S částečnou rekuperací. Část čerstvého vzduchu zvenčí je odebírána a smíchána s částí vzduchu z místnosti. Po ohřátí je směs dvou vzduchových porcí dodávána spotřebiteli. Výhodou je stabilní kvalita vzduchu, nevýhodou energetická závislost.

Je zřejmé, že do první skupiny patří kanálové systémy s přirozeným pohybem vzduchového teplonosného média. Do druhé skupiny patří varianty s nuceným pohybem vzduchu, pro jejichž provoz není nutné budovat síť vzduchovodů.

Přívod vzduchu zvenčí dává systému s přirozenou cirkulací dodatečný impuls, což umožňuje obejít se bez použití ventilátorů

Hlavní výhody vzduchového vytápění ve srovnání s vodním:

• vysoká účinnost;
• bezporuchovost;
• absence radiátorů v místnostech.

Zařízení okruhu s nuceným pohybem umožňuje obejít se bez budování systému vzduchovodů. Navíc lze tento typ kombinovat s klimatizací, zvlhčováním a ionizací vzduchu.

Pokud není plánována instalace zařízení stimulujícího pohyb ohřátého vzduchu, používají se pro zvýšení výkonu kamen následující způsoby:

Zvýšení účinnosti samovolně zvýší rychlost pohybu vzduchového proudu: čím rychleji se vzduch ohřívá, tím intenzivnější je výměna ochlazené a ohřáté vzduchové hmoty.

Hlavní nevýhody vzduchového vytápění ve srovnání s vodním:

• při použití kamen má teplota přiváděného vzduchu výrazný rozsah, na rozdíl od použití jiných prostředků ohřevu;
• vzduchovody mají velký průměr, proto je nutné montáž provádět ve fázi výstavby;
• je vhodné umístit kamna do suterénu, jinak je nutné použít ventilátory, které vydávají hluk.

Pohyb vzduchu v místnosti má negativní stránku – zvedá prach, ale použití filtrů na výstupu z vzduchovodu umožňuje tento prach efektivně zachytávat, čímž se snižuje celkové množství prachu v domě.

Další zvláštností vzduchového vytápění, která má kladné i záporné stránky, je rychlost přenosu tepla. Na jedné straně se místnosti vytápějí rychleji než při vytápění vodním okruhem, na druhé straně chybí tepelná setrvačnost – jakmile kamna nebo krb zhasnou, místnost začne ihned chladnout.

Pro zajištění rovnoměrného tlaku v bočních větvích vzduchovodu je nutné vyloučit jejich napojení v posledním půlmetru hlavního vzduchovodu

Na rozdíl od vodního vytápění instalace systému vzduchového vytápění nepředstavuje žádnou složitost. Všechny prvky (trubky, odbočky, ventilační mřížky) lze celkem jednoduše spojit bez svářečských prací. Existují pružné vzduchovody, které mohou nabývat libovolný tvar v závislosti na geometrii místností.

Navzdory tomu systémy vzduchového vytápění na bázi kamen nebo krbů dosud nezískaly široké rozšíření. Mnohem častěji se v individuální nízkopodlažní výstavbě pro vytápění místností používá vodní okruh.

Na základě kamen nebo krbu se zděným nebo ocelovým topeništěm lze zařídit jak vzduchové, tak vodní vytápění

Zařízení vodního vytápění na bázi kamen

Principy fungování jakéhokoli vodního vytápění jsou založeny na distribuci tepla z lokálního zdroje do celé místnosti pomocí pohybu vody v topném okruhu.

Základní prvky vodního vytápění

Pro schéma kamnového vytápění s vodním okruhem jsou základními prvky:

• kamna nebo krb s výměníkem tepla, ve kterém dochází k ohřevu vody;
• topný okruh, kde dochází k předávání tepla do místnosti;
• expanzní nádoba pro zabránění poškození systému v důsledku zvýšení tlaku;
• cirkulační čerpadlo pro zajištění pohybu vody v okruhu.

Existují obecná pravidla fungování vodního vytápění, jako jsou schémata rozvodů, která jsou dobře známá a je nutné je dodržovat. Při použití kamen jako zdroje tepla však existují specifické požadavky související s charakteristikou teplotního režimu.

Princip činnosti vodního vytápění na bázi kamen nebo krbu je jednoduchý, avšak je nutné přesně vypočítat parametry všech prvků systému

Kamna se rychle nezahřívají a pomalu chladnou, dochází k nerovnoměrnému uvolňování tepla a pouze správná instalace všech komponentů systému umožní vyhnout se problémům s kvalitním vytápěním místností domu.

Druhy výměníku tepla a způsoby umístění

Pro výrobu výměníku tepla pro kamna se používá plechová “černá” ocel nebo žáruvzdorná nerezová ocel. Použití litiny jako výrobního materiálu je obtížné, ale lze použít hotové litinové výrobky, jako jsou litinové radiátory.

Je možné použít měď, která má lepší tepelnou vodivost ve srovnání s ocelí, ale cena takového zařízení bude vysoká. Výměník tepla se doporučuje vyrábět z oceli o tloušťce alespoň 3 mm. Při vysokých teplotách pece, ke kterým dochází při použití uhlí nebo ještě více koksu, je nutné použít ocel o tloušťce 5 mm.

Výměníky tepla lze orientačně rozdělit na tři typy:

• registry, hady a radiátory, sestávající ze sady trubek;
• pláště (kotle), svařené z plechové oceli;
• kombinovaná varianta ve formě svislých stěn spojených trubkami (tzv. “knížky”).

Pláště z plechové oceli se snadněji vyrábějí a snadněji se čistí od spalin, nicméně trubkové konstrukce mají větší topnou plochu. Při výrobě pláště je třeba vzít v úvahu přetlak vody, který vzniká při použití membránové expanzní nádoby nebo při zvedání vody do velké výšky.

Výměník tepla pro vodní vytápění na bázi kamen lze uspořádat z dostupných materiálů:

V tomto případě je nutné použít ocel o tloušťce nejméně 5 mm a dodatečně zpevnit stěny výztuhami, aby nedošlo k jejich deformaci.

Tvary trubkových konstrukcí mohou být různé, avšak je nutné dodržet podmínku, že vnitřní rozměr trubek je nejméně 3 cm v průměru. V opačném případě, při pomalé rychlosti cirkulace nebo příliš vysoké teplotě, je pravděpodobné var vody.

Registry se obvykle vyrábějí z profilových, nikoli kruhových trubek, aby se usnadnily svářečské práce.

Výměník tepla požadované velikosti lze vyrobit svépomocí. V tomto případě je třeba věnovat zvýšenou pozornost kvalitě svarů. Při vzniku netěsnosti výměníku se všechna voda vyleje do kamen.

Kromě toho bude pro odstranění problému nutné provést velké množství práce: rozebrat kamna, vyjmout, zavařit a vrátit zpět výměník tepla a poté kamna znovu sestavit.

Existují dvě možnosti umístění výměníku tepla. V prvním případě je umístěn přímo v topeništi, čímž se jeho prostor výrazně zužuje. Ve druhém – jsou registry instalovány v kapotě kamen bez oběhu, avšak samotná kamna mají v tomto případě složitější konstrukci.

Pokud máte kapotová kamna, je lepší umístit výměník tepla do kapoty: je tam stejně horko a prostor topeniště zůstane nezměněn.

Při instalaci trubkového výměníku tepla je nutné ponechat mezeru mezi ním a stěnou kamen. Je to nutné pro lepší ohřev teplonosné látky a také pro možnost čištění registru. Čištění plášťů i registrů je periodicky nutné, protože v případě silného zanesení popelem se snižuje účinnost výměny tepla.

V případě přítomnosti varné desky probíhá čištění po jejím sejmutí. Pokud mají kamna pouze vytápěcí funkci, probíhá čištění přes topeništní dvířka.

Cirkulace vody v topném okruhu

Základní principy organizace přirozené cirkulace vody v systému spočívají v modelování “rozběhového kolektoru” na výstupu z výměníku tepla a ve vytvoření stálého sklonu trubek topného okruhu o velikosti 3-5°.

Obecný smysl “rozběhového kolektoru” spočívá v tom, že od kamen ohřátá voda stoupá vertikálně nahoru a pak se již rozděluje po topném okruhu.

Cirkulace nastává kvůli rozdílu měrné hmotnosti studené a horké vody. Studená voda je těžší než horká, a stékajíc k výměníku tepla, vytlačuje horkou vodu vzhůru potrubím. Místo vstupu “zpátečky” musí být níže než výstupy vody z topných radiátorů, jinak bude cirkulace vody velmi pomalá nebo nebude vůbec.

Rozběhový kolektor je nezbytný i pro malé délky topných okruhů v případě použití přirozené cirkulace.

Pro zvýšení rychlosti pohybu vody v topném okruhu se instaluje oběhové čerpadlo. Tím dochází k rychlejšímu a rovnoměrnějšímu rozvodu tepla po domě. Současně lze použít několik čerpadel pro různé topné okruhy.

Při přítomnosti napěťových výkyvů je nutné použít stabilizátor napětí, protože porucha čerpadla může mít vážné důsledky pro celý systém.

Čerpadla lze orientačně rozdělit do dvou skupin podle polohy motoru: s “suchým” rotorem a s “mokrým” rotorem. Podle typu napětí: modely pracující ze sítě 220 V a čerpadla fungující ze zdrojů 12 V.

Motor v čerpadlech s “suchým” rotorem je izolován od oběžného kola ponořeného ve vodě pomocí těsnicích kroužků. Ve srovnání s čerpadly s motorem ponořeným ve vodě mají “suchá” čerpadla vyšší účinnost.

Mezi nevýhody však patří vysoká hlučnost, nutnost pravidelné údržby a kratší životnost motoru. Proto se v rodinných domech obvykle používají oběhová čerpadla s “mokrým” rotorem.

Výběr typu napájení čerpadla závisí na možnosti přirozené cirkulace vody v systému. Pokud není bez čerpadla možná, je třeba zvolit variantu s podporou napětí 12 V a nepřerušitelným zdrojem napájení.

V opačném případě může při výpadku elektřiny dojít k varu vody a poruše systému. Pokud je přirozená cirkulace možná, je lepší zakoupit běžnější a levnější variantu s napájením ze sítě 220 V.

Připojením čerpadla s napětím 12 V k nepřerušitelnému zdroji napájení se nemusíte obávat o fungování topného systému.

Při instalaci čerpadla s napájením 220 V je nutné zajistit možnost provozu topného systému při výpadku elektřiny. Za tím účelem se na potrubí instaluje uzavírací ventil a kolem něj se montuje obtokové potrubí s čerpadlem (tzv. “bypass”).

Na obtokovém potrubí se před čerpadlem instaluje ventil-filtr a za ním uzavírací ventil. Seřizováním polohy uzavíracích ventilů na hlavním a obtokovém potrubí lze zapínat režim nucené a přirozené cirkulace.

Zpravidla se čerpadlo instaluje na “zpátečku” poblíž kamen, aby teplota kapaliny procházející zařízením byla co nejnižší. To výrazně prodlouží životnost čerpadla.

Kromě toho je nutné umístit co nejvíce ovládacích prvků topného systému na jedno místo, aby bylo možné v případě nouzových situací rychle přijmout opatření k jejich odstranění.

Montáž obtokového potrubí (bypass) umožňuje topnému systému pracovat při výpadku elektřiny a také umožňuje demontáž čerpadla bez vypouštění vody.

Pravidla použití expanzní nádoby

Kapalina se při zahřívání roztahuje, a pokud k tomu dojde v uzavřeném systému, tlak uvnitř výrazně vzroste, což může vést k protržení vody. Použití pojistného ventilu není vhodné, protože po ochlazení vody a zmenšení jejího objemu by se do systému dostal vzduch.

Proto se v topných okruzích s nuceným oběhem vody používají speciální expanzní nádoby, které jsou otevřeného nebo uzavřeného typu. Jejich objem se vypočítává nejen z maximální tepelné roztažnosti kapaliny (5-7 %), ale také s ohledem na možnost varu systému.

Otevřená nádoba vybavuje vodní okruh kamnového vytápění gravitačního typu, tedy s přirozeným transportem teplonosné látky. Představuje kovovou nádobu libovolného tvaru umístěnou v nejvyšším bodě topného okruhu. Je přímo spojena s atmosférou, což způsobuje částečné odpařování teplonosné látky.

Potrubí se připojuje ke dnu nebo spodní čtvrtině nádoby, a k jejímu vrcholu je přivařena odbočka pro odvod vody v případě přelití a pro odvzdušnění systému. Praxe ukazuje, že objem otevřené nádoby by měl činit nejméně 15 % objemu vody v topném systému.

Otevřená expanzní nádoba se obvykle umísťuje v technické místnosti a její vzhled nemá žádný význam.

Uzavřená nebo membránová nádoba představuje uzavřenou nádobu s membránou uvnitř. Při ohřevu vody se zvyšuje tlak, membrána se natahuje a voda vstupuje do nádoby. V případě překročení tlaku se aktivuje automatika a přebytečná teplonosná látka se vypouští do kanalizace.

Po prvním vypuštění obvykle již nevznikají důvody k jeho opakování, protože objem teplonosné látky se vyrovná objemu systému.

Uzavřená membránová nádobka se montuje před čerpadlo. Taková nádoba se na rozdíl od otevřené nádoby nemůže sama zbavovat vzduchu, proto je třeba na vrchol topného okruhu nainstalovat ventil Maevského (mechanický odvzdušňovač) nebo jeho automatický ekvivalent.

Jediným prvkem membránové nádoby, který může časem selhat, je membrána, proto je lepší kupovat nádobu s možností její výměny.

Při nákupu uzavřené nádoby, která se někdy nazývá hydroakumulátor, je důležité nezaměnit ji s hydroakumulátorem pro zásobování vodou.

Pro membránovou nádobu používanou v topení je provozní teplota do 120 °C a tlak do 3 bar. Pro zásobování vodou se používají nádoby s teplotou do 70 °C a tlakem do 10 bar.

Výběr mezi trubkami a radiátory

Jako vodní okruh při kamnovém vytápění lze použít systém plastových trubek s radiátory (topnými tělesy) nebo systém kovových trubek. Hlavní výhodou použití radiátorů je, že vypadají lépe ve srovnání s masivními vzduchovody.

Plastové rozvody lze bez problémů schovat do podlahy, protože nevyzařují teplo. I když podle předpisů by měly být rozvody vodního vytápění otevřené. Nicméně polymerová potrubí mají omezení: nelze je pokládat tam, kde hrozí riziko roztavení a přímého působení UV záření.

Výhoda kovových trubek spočívá v nižší ceně celého topného okruhu, jednoduché montáži a méně častých problémech při provozu systému.

Použití kovových topných trubek místo systému radiátorů s kovoplastovým připojením je opodstatněné, pokud není důležitá estetická stránka designu místnosti.

Významnou výhodou systému s radiátory je jednoduchost regulace teploty. I ty nejpřesnější výpočty teplotního režimu místnosti lze upravit. Například malému dítěti do 6 měsíců se doporučuje teplota 19-21°C, zatímco za komfortní teplotu ve zbytku domu se považuje 25°C.

Aby byla v místnosti po delší dobu zajištěna taková teplota, je nutné zcela nebo částečně uzavřít kohout přívodu tepla k jednomu z radiátorů. V případě kovové trubky lze problém také vyřešit, ale složitějším způsobem: snížit tepelný výkon segmentu trubky pomocí polyuretanové nebo fóliové skořepiny.

Další variantou topného okruhu může být vodní podlahové vytápění. Jedná se o velmi komfortní způsob dodávání tepla z hlediska lidského vnímání, avšak montáž podlahového vytápění je podstatně náročnější než dříve uvedené varianty.

Navíc při použití podlahového vytápění není možné zajistit spád pro přirozenou cirkulaci vody, což v kombinaci s malým průměrem trubek podlahového vytápění vede k nezbytné podmínce použití oběhového čerpadla.

Aby se voda protlačila trubkami podlahového vytápění, je nutné použít čerpadlo; přirozená cirkulace nebude při takové geometrii topného systému fungovat.

Prevence zamrzání topného systému

Použití vody jako teplonosné látky má jednu nevýhodu – v případě zamrznutí topného systému dojde k poškození potrubí a zařízení. Obzvláště obtížné je v tomto případě obnovit výměník tepla integrovaný v kamnech.

Tento problém se týká domů, které v zimním období mohou být delší dobu nevytápěné. Jedním ze způsobů, jak zabránit poškození systému, je použít místo vody nemrznoucí směs určenou pro topné systémy.

Pro obytné prostory se jako nemrznoucí směs používají kapaliny na bázi propylenglykolu, jako netoxické látky na rozdíl od etylenglykolu.

Myšlenka použití nemrznoucí směsi má však své nevýhody:

• nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu je drahá (od 16 Kč/litr);
• měrná tepelná kapacita nemrznoucí směsi je nižší než u vody (přibližně o 15 %), proto je zapotřebí vyšší výkon kamen a větší plocha povrchu zařízení pro vytápění místností;
• nemrznoucí směs má vyšší dynamickou viskozitu než voda, proto je zapotřebí výkonnější oběhové čerpadlo a přirozená cirkulace není možná;
• Při zahřívání se nemrznoucí kapalina roztahuje až o 40%, proto je nutné použít velkou expanzní nádobu uzavřeného typu;
• Propylenglykol je velmi tekutý, proto proniká spoji v topném systému, kterými neproniká voda;
• Propylenglykol není kompatibilní s pozinkovanými trubkami, protože při kontaktu ztrácejí aditiva nemrznoucí kapaliny své vlastnosti;
• Při varu nemrznoucí kapaliny (což je pravděpodobné při použití kamen) dochází k nevratné chemické reakci, v důsledku čehož bude nutné celý systém vypustit a znovu naplnit nemrznoucí kapalinou.

Pro nemrznoucí kapalinu je nutné topný systém navrhovat předem – její použití v projektech určených pro vodu je poměrně problematické.

Projekt s použitím nemrznoucí kapaliny bude navíc výrazně dražší než systém vodního topení. Proto její použití zatím není v rodinných domech s kamnovým vytápěním rozšířené a k prevenci zamrzání se používají jiné metody.

Při výběru kapaliny pro topný systém je třeba mít na paměti nejen fyzikálně-chemické vlastnosti, ale také její nebezpečnost pro okolí.

Vypuštění vody z okruhu a pláště nebo registru kamen je nejčastějším řešením problému při dlouhodobé nepřítomnosti majitelů domu. Kromě dodatečné práce patří k nevýhodám této metody přístup vzduchu k kovovým prvkům systému z vnitřní strany a v důsledku toho šíření koroze.

Také se jako řešení problému na krátkou dobu používá integrace elektrického kotle malého výkonu do topného okruhu. Jeho provoz na minimální úrovni spotřeby energie dokáže dočasně udržet kladnou teplotu vody.

Elektrokotel malého výkonu připojený k topnému systému je schopen udržet kladnou teplotu vody pro případ dlouhodobé nepřítomnosti majitelů.

Závěry a užitečné video k tématu

Funkční topný systém založený na kamnech a vodním okruhu v rodinném domě o rozloze 80 metrů čtverečních:

Dodávka tepla do topného systému z kamen a krbů probíhá dávkově, což ztěžuje úkol výpočtu parametrů prvků topného okruhu. Provádět úpravy okruhu je poměrně problematické, proto je při nedostatku zkušeností v této oblasti lepší obrátit se na odborníky, kteří mají dovednosti k řešení takových úkolů.

Máte zkušenosti s organizací kamnového vytápění? Nebo takto vytápíte svůj dům a chtěli byste se podělit o dojmy z provozu kamen? Zanechte prosím komentáře a ptejte se. Formulář pro zpětnou vazbu se nachází níže.