Kamna s vodním okruhem pro vytápění domu: která kamna si vybrat a proč nejlepší designová řešení

Palivové dřevo a uhlí zůstávají v mnoha regionech nejdostupnějším druhem paliva pro vytápění soukromých chat. Vytápění kamny se však volí nejen kvůli nízkým nákladům a dostupnosti energie, ale také kvůli nízkým nákladům na jeho instalaci.

Kamna s vodním okruhem pro vytápění domu však mají kromě mnoha výhod i spoustu nevýhod. Tato možnost není vždy nejlepší. Pokusme se pochopit nuance takového topného systému.

Vlastnosti vytápění na bázi kamen

Vytápění v kamnech je pro ruské vesnice normou, jejíž spolehlivost a praktičnost byla ověřena po staletí. Ještě dnes má mnoho vesnických domů pece s plotnou na vaření jídla a ohniště na pečení chleba.

Některé z nich jsou vybaveny okruhem ohřevu vody, jiné nikoli. Ale majitelé venkovského bydlení nespěchají, aby je vyhodili a nahradili je moderními kotli. Spolehlivější a bezproblémovější způsob vytápění dosud nebyl vynalezen.

Bez vodního okruhu kolem domu mohou kamna na dřevo vytopit jen malý prostor kolem sebe. Tato možnost je přijatelná pro vytápění jedné nebo dvou místností, ale již není vhodná pro velkou chatu.

V takových vesnických kamnech se spaluje toto palivo:

• uhlí;
• rašelina;
• palivové dříví;
• brikety (euro palivové dříví).

Mezi těmito druhy paliva není žádný zásadní rozdíl, pokud jde o konstrukci kamen uvnitř a distribuci systému ohřevu vody v soukromém domě. Některé z nich dávají více tepla, zatímco jiné hoří déle. Konstrukce topeniště a uspořádání potrubí s chladicí kapalinou v místnostech jsou však ve všech případech stejné.

Při výběru vytápění kamny nezapomínejte na požární bezpečnostní normy pro stavbu zděných pecí – pouze jejich důsledné dodržování sníží riziko požáru na minimum.

Mezi výhody vytápění kamny patří:

• žádná závislost na dostupnosti elektřiny v síti;
• relativně nízké náklady na instalaci topného systému;
• nízké náklady na pevná paliva a možnost použití různých typů;
• extrémně snadné použití;
• dlouhodobý přenos tepla (u zděných konstrukcí);
• všestrannost – vhodné pro ohřev i vaření pokrmů.

Pokud soukromý dům nelze připojit k hlavnímu plynovodu, pak bude nejlepší volbou pro vytápění kamna na dřevo.

Jedinou výjimkou je situace, kdy v určité oblasti není k dispozici uhlí nebo palivové dříví. Ale tato možnost v Rusku je spíše výjimkou než normou.

Dvě hlavní nevýhody pecí s vodním okruhem jsou nemožnost automatizace provozu a obtížná regulace tepelného výkonu v jednotlivých místnostech.

Mezi nevýhody vytápění sporákem patří také:

• dlouhé zahřívání systému před zahájením přenosu tepla;
• ztráta užitečného prostoru v domě kvůli masivnosti kamen;
• velká hmotnost konstrukce zděné pece;
• nízká účinnost v důsledku ztráty značného množství tepla do potrubí;
• vysoké nebezpečí požáru při nesprávném použití.

Cihlová kamna na vytápění a vaření pro soukromý dům s ohřevem vody, v závislosti na konstrukci a počtu řad, mohou vážit od 1,5 do 10 tun. Plus je zde přidána hmotnost trubky.

Základ pro takovou hmotu vyžaduje výkonný a drahý, což lze také nazvat nevýhodou uvažovaných topných systémů.

Zařízení na ohřev vody v kamnech

Kamna pro daný topný systém by ideálně měla být kalkulována a postavena současně s domem. Pokud již byla postavena obytná budova, bude obtížné do ní instalovat cihlovou kamnovou konstrukci. A často se to ukáže jako zcela nemožné kvůli nutnosti vytvořit pevný základ a přestavět krokvový systém.

Kamna na ohřev vody v soukromém domě mohou být vyrobena nejen z cihel, ale také z oceli ve formě kamen na břicho s trubkami pro výměnu tepla kolem topeniště pro ohřev chladicí kapaliny

Ohřev vody na kamnech se skládá z:

• samotná kamna (kovová nebo cihlová);
• výměník tepla uvnitř nebo kolem topeniště pece a také ve formě spirály kolem komína;
• okruh rozvedený po celém domě s chladicí kapalinou a expanzní nádobou v podkroví.

V některých případech je tento systém vytápění doplněn o oběhové čerpadlo a hydraulický akumulátor. Tato rozšířená verze se však používá extrémně zřídka, protože vyžaduje nepřerušitelné napájení a vede ke zvýšení nákladů na celý obvod.

Hlavní výhodou vytápění vodními kamny je nízká cena zařízení. Nemá smysl k tomu přidávat drahé a rozbitné prvky.

Schéma cirkulace vody v okruhu

Systém ohřevu vody v domech je postaven s přirozeným (gravitačním) nebo nuceným oběhem chladicí kapaliny. Pokud je vyroben na základě kamen na dřevo, pak je nejlepší dát přednost první možnosti.

Schéma zapojení s přirozenou cirkulací vody je levnější než nucený analog a také na rozdíl od něj nevyžaduje napájení

Vytápění vodními kamny se doporučuje instalovat pouze v jednopatrových domech o rozloze do 150 m2. V tomto případě může být gravitační bez dalších čerpadel.

Pokud potřebujete vytápět chatu o několika nebo více podlažích, je lepší to udělat pomocí výkonnějšího kotle. Pec pro takové budovy bude muset být postavena jednoduše obrovská, což je nákladné na realizaci. Ano, a pokaždé do něj budete muset dát značné množství paliva. To se však velmi nedoporučuje kvůli zvýšenému riziku požárů.

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

• výměník tepla jako součást kamen;
• kovový potrubní okruh;
• radiátory (obvykle nahrazené tlustými trubkami v místnostech);
• expanzní nádoba.

Pokud se rozhodnete udělat ohřev vody ve venkovském domě sami, je lepší jej navrhnout podle tohoto schématu. Instalace a výpočet této možnosti je jednodušší než u nuceného pohybu vody.

Pro kotle na bázi kamen je vhodnější systém s oběhovým čerpadlem, ztrácí zvýšenou účinnost přenosu tepla

Pokud je kotel automatizovaný a neustále ohřívá vodu podle potřeby, pak se kamna na dřevo topí jednou až dvakrát denně. V těchto chvílích se chladicí kapalina v topeništi pece zahřívá, aby uvolnila teplo do místností. Posléze to prohánět čerpadlem potrubím okruhu je zbytečné. Vodu ve studeném topeništi stejně nic neohřeje.

Při výběru kamen na dřevo nebo uhlí majitelé soukromých domů obvykle očekávají, že dostanou autonomní topný systém. Pokud do něj nainstalujete čerpací zařízení, které pro provoz vyžaduje napájení z elektrické sítě, pak bude těžké mluvit o autonomii.

Kamna jsou vyrobena z cihel nebo kovu.

Zděná trouba se déle zahřívá, ale také déle trvá, než uvolní teplo do prostoru kolem ní. Ocelový analog se naopak rychle zahřívá a po dohoření paliva stejně rychle ochlazuje. Tento problém je částečně vyřešen přítomností velkých objemů chladicí kapaliny ve vodním okruhu.

Čím více vody se však v systému musí skladovat, tím je materiál dražší.

Kovový sporák s vodní spirálou pro topný okruh v soukromých domech je povoleno umístit přímo na dřevěnou podlahu bez potřeby speciálního základu

Ocelová kamna na ohřev vody o výkonu 5–15 kW – bez paliva a vody, jedná se o konstrukci o hmotnosti 100–300 kg. Taková kamna lze bezpečně umístit na vyztužené trámy. Základy pece je třeba nalít, když pec váží více než 700–800 kg. Pokud je z cihel, pak se bez betonu rozhodně neobejdete.

Ve srovnání s kovovou zděná trouba váží více, stojí více a je náročnější na instalaci. Má však vyšší účinnost a menší riziko zamrznutí okruhu s prasklým potrubím v důsledku tvorby ledu uvnitř. Pokud se rozhodnete udělat vše důkladně pro sebe a trvalé bydliště, pak se doporučuje zvolit variantu cihly.

Trubky – nerezové nebo kovoplastové

Pokud je topný systém postaven na bázi teplovodního kotle, pak jeho potrubí může být vyrobeno nejen z ocelových trubek, ale také z kovoplastových a polypropylenových. Pokud však má být voda ohřívána kamny na dřevo, pak by měl být okruh s chladicí kapalinou z nich vytvořen pouze z nerezové oceli.

Při velkém zatížení palivového dřeva se voda v cívce pece může rychle zahřát až na 100 stupňů a vařit pouze ocel vydrží takové teploty po dlouhou dobu.

Metal-plast je určen pro práci s chladicí kapalinou zahřátou na 90–95 °C. Snese krátkodobé zahřátí až na 110–120 °C. Automatizace kotlů a ohřívačů vody přitom zpočátku neumožňuje ohřátí vody na takové stupně. U vytápěných podlah topí na 30–45 °C, u radiátorů na 60–65 °C.

V případě kamen na dřevo jsou však teploty do sta stupňů nejen možné, ale zdaleka ne neobvyklé. Nedoporučuje se riskovat a hrát ruskou ruletu potrubím tohoto sporáku pomocí kovoplastových trubek. Nejlepší je dát přednost spolehlivější nerezové oceli.

Kromě toho se trubky vycházející z topeniště z cívky pro připojení potrubí okruhu určitě zahřejí na velmi vysoké teploty. Od otevřeného ohně je dělí necelý půl metr. Připojení jakýchkoli plastových trubek k nim je nebezpečné kvůli riziku roztavení těchto trubek.

Odvod tepla – radiátory nebo registr

Teplo je dodáváno z kamen do topného okruhu po částech během několika hodin, zatímco dřevo nebo uhlí hoří v topeništi. Pokud je v topném systému málo vody, dům rychle vychladne. To je důvod, proč ve vesnicích je takové vytápění obvykle vyrobeno ze silných ocelových trubek a není založeno na radiátorech, které jsou obyvatelům měst známější. Topný registr pro kamna na dřevo je prostě perfektní.

Klasické schéma vytápění vodních kamen s přirozenou cirkulací předpokládá přímý kontakt vody s atmosférou přes expanzní nádrž, ale vzduch v chladicí kapalině je kontraindikován pro běžné baterie

Celoplošně položená nerezová trubka o průměru 80–120 mm je topným registrem, který se skládá z přívodu od kamen a zpátečky do něj. V místnosti nejdále od topeniště jsou tato vedení spojena dohromady a ve zbývajících místnostech jsou položena ve formě dvou potrubí podél vnějších stěn.

Registr nevypadá tak esteticky jako radiátor. Ale první možnost je mnohem levnější a snazší vyrobit si sami než druhá. K jeho realizaci potřebujete pouze zkušenosti s používáním svářečky.

Teplosměnná plocha pro takový okruh se vypočítá vynásobením čísla PI průměrem a délkou potrubí. Navíc je ve výpočtech nutné vzít v úvahu tepelný tlak v přívodu a zpátečce a také svislou vzdálenost mezi potrubími.

Často se však takové výpočty neprovádějí, ale je odebrána trubka o průměru 80-100 mm a položena podél obvodu celé obytné budovy se smyčkou ve vzdálené místnosti. V tomto případě se přenos tepla upravuje „od oka“ a empiricky přidáním určitého objemu paliva do topeniště.

Ne nadarmo jsou tak rozšířené obvody z registrů, spojené s vodními pecemi. Není třeba je ani počítat, stačí vzít vhodnou trubku a svařit je.

Výběr výměníku tepla pro pec

Výměník pro kamna může být vyroben z mědi, oceli nebo litiny. Měděnou variantu je lepší okamžitě vyloučit kvůli její vysoké ceně. Je extrémně problematické pájet takové zařízení sami.

Litinové radiátory by měly být instalovány uvnitř topeniště opatrně – v důsledku teplotního šoku se mohou jednotlivé sekce oddělit od sousedních prvků

Litina technickými parametry předčí ocel. Zdá se však problematické vyrobit z něj výměník tepla pro kamna na dřevo vlastníma rukama. K tomu můžete použít pouze starou baterii. Zde je však nutné vzít v úvahu, že těsnění mezi jeho sekcemi v topeništi vyhoří. A to je přímá cesta ke ztrátě těsnosti a úniku vody do spalovací komory.

Pokud se rozhodnete vyrobit výměník tepla z litinové baterie, pak je nejlepší použít modely MS-110-300 nebo MS-90-300. Jsou malé a snadno se vejdou do topeniště. Plocha topné plochy pro každé žebro bude asi 0,14–0,16 m2.

Na základě těchto čísel můžete odhadnout, kolik sekcí bude potřeba pro konkrétní okruh. Na každých 10 metrů čtverečních plochy domu je potřeba 1 kW, což se bude přibližně rovnat 0,1 m2 topné plochy litinového výměníku tepla.

Žebra litinového radiátoru jsou obvykle spojena pomocí tepelně odolných pryžových těsnění. V topeništi pece takové pryžové těsnění vyhoří, je třeba jej nahradit azbestovou šňůrou

Dalším bodem při použití litinové baterie jako výměníku tepla je obtížnost čištění od sazí zevnitř topeniště. Čas od času je potřeba topeniště vyčistit a odlehčovací žebra litiny tomu značně překáží.

Nejoptimálnější možností výměníku tepla je ocelový ve formě:

• cívka několika trubek;
• košile z ocelového plechu.

Jsou vyrobeny z nízkouhlíkové oceli St10…St20 o tloušťce 4–5 mm. Pokud vezmeme trubky, pak o průměru 30–50 mm.

Nejjednodušší způsob výroby ocelového výměníku je z ocelového plechu – na výměně tepla se však bude podílet pouze povrch směřující dovnitř topeniště směrem k ohni.

Trubková verze je efektivnější z hlediska výměny tepla, ale je také pracnější na výrobu.

Pro výpočet výměníku tepla použijte vzorec:

Qy=K*(Tcp-Tk)

• K – součinitel prostupu tepla materiálu (u nízkouhlíkových ocelí je 15–20 au šedé litiny – 50);
• TCP – průměrná teplota topného média v peci (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – průměrná teplota chladicí kapaliny (Tfeed + Treturn)/2.

Pokud se v kamnech topí dřevem, pak Tcp=(700+300)/2=500 °C a Tk=(80+60)/2=70 °C. Výsledkem je, že Qy=15*(500-70)=6450 kcal/hod. To znamená, že na metr čtvereční plochy tepelného výměníku směřujícího k ohni se vyrobí 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. Metr čtvereční plochy výměníku dá asi 12,7 kW/hod.

Dále vydělíme výkon potřebný k vytápění konkrétního domu vypočteným údajem v závislosti na plánech použití konkrétního druhu paliva.

Například chata o velikosti 150 m2 vyžaduje asi 15 kW. Pokud se topí dřevem, bude zapotřebí výměník tepla s teplosměnnou plochou 15/7,5 = 2 m2. Toto je povrch, který směřuje k plameni a zahřívá se.

Pokud je vybrána trubková cívka, její délka se vypočítá podle vzorce:

S=2*3,14*D*L

S – výpočtová plocha;

D – průměr trubek;

L – požadovaná délka.

Parametry pláště z ocelového plechu se počítají ještě snadněji, obvykle se skládá ze dvou obdélníků po stranách spalovací komory.

Výběr nejlepší možnosti

V již postaveném domě bude obtížné instalovat masivní cihlovou pec. V tomto případě je nejlepší uspořádat ohřev vody na základě kovového sporáku, který lze umístit na vyztuženou dřevěnou podlahu bez nalití základu.

Pokud je však možné vytvořit základ tak, jak by měl být, měla by být dána přednost spolehlivější konstrukci zděných kamen.

Vodní okruh kolem domu pro kamna na dřevo je nejlépe vyroben ze silných ocelových trubek a s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny

Instalace oběhového čerpadla a/nebo hydraulického akumulátoru do příslušného topného okruhu je plýtváním peněz a nepřináší žádné další výhody. Pouze zkomplikují instalaci systému. A když vypadne proud, tato zařízení způsobí problémy. Kdežto varianta vytápění bez nich bude nadále klidně vytápět dům v případě problémů v elektrické síti.

Závěry a užitečné video k tématu

Výběr tvaru tepelného výměníku pro krbová kamna:

Recenze zděných kamen na ohřev vody na chatě:

Návrh topného a varného sporáku z cihel s rozborem zakázky návrhu:

Ohřev vody na bázi kamen na dřevo lze jen těžko označit za ideální a vysoce účinný. Tato možnost vytápění soukromých domů je však nejspolehlivější, levná a snadno proveditelná. Není však potřeba takový okruh doplňovat oběhovým čerpadlem a automatikou. Fungují z elektrické sítě a činí celý systém neautonomním, což neguje jednu z jeho hlavních výhod.