Una estufa amb circuit d’aigua per escalfar una casa: opcions d’implementació

Una moderna estufa de xemeneia s’utilitza amb èxit per escalfar una casa privada

Avantatges i desavantatges de la calefacció de l'estufa

Regular estufa de llenya o bé llar de foc escalfeu l'habitació a causa d'una combinació de radiació i intercanvi de calor per convecció. Les parets massives escalfades del forn emeten energia tèrmica i la transfereixen a l’aire i al mobiliari de la sala. L’aire fred es substitueix gradualment per l’aire escalfat.

La calefacció del forn té una sèrie d’avantatges indubtables:

• no requereix connexió a comunicacions elèctriques i de gas. Combustible: llenya, carbó, briquetes de torba: en general, és barat i respectuós amb el medi ambient, la seva combustió no perjudica el medi ambient;
• l’intercanvi de calor per radiació és el més còmode;

Interessant! La transferència de calor per radiació (també coneguda com radiant) és l’únic tipus de transferència de calor que es produeix sense la participació d’un refrigerant.

L’estufa russa escalfava les cases de moltes generacions dels nostres avantpassats

• la majoria de fogons (llarga crema o convencional) multifuncional, es pot utilitzar no només per escalfar, sinó també per escalfar aigua i cuinar (tant dins del forn com a la placa de cuina);
• a la temporada calorosa, un forn massís de maó per a una casa contribueix a l'aire condicionat de l'habitació: a causa del fet que sempre es construeix sobre una base independent, l'excés de calor s'aboca al terra;
• una estufa o llar de foc crea un ambient especial a la casa i en molts casos és un element que defineix l’estil de l’interior.

La xemeneia crea un ambient especial a la casa i defineix l’estil de l’interior

No obstant això, juntament amb els avantatges de la calefacció de la cuina, també hi ha desavantatges:

• dimensions: la potència de les estufes d’una casa depèn de les seves dimensions;
• inèrcia: una estufa tradicional de maó tarda molt a escalfar-se i a funcionar. Les modernes estufes de ferro colat per a la casa, les estufes de xemeneia, les estufes de ventre i els buleryans són pràcticament lliures d’aquest inconvenient;
• pèrdua de calor elevada a causa de la baixa eficiència (eficiència): una gran quantitat d'energia calorífica passa per la xemeneia a l'atmosfera;
• la impossibilitat d’assegurar un escalfament uniforme de la casa. L’aire calent desplaça l’aire fred gradualment, però això passa de manera desigual: la temperatura pot ser massa alta a prop de l’estufa i massa baixa a una distància d’ella;

Fet! L’estufa només pot escalfar aquelles habitacions que hi són directament adjacents. Per tant, en parts de l’edifici allunyades d’aquest, sovint era necessari disposar d’una estufa addicional.

Principi de calefacció de l’estufa: una estufa calenta irradia energia tèrmica a l’espai circumdant (intercanvi de calor radiant) i, a continuació, l’aire fred és substituït per aire escalfat (intercanvi de calor per convecció)

• la necessitat d’un manteniment constant: l’estufa requereix col·locar llenya, netejar les cendres de les escòries i les xemeneies de sutge i restes, donar suport al procés de combustió, regular el tiratge;
• complexitat del control: és més difícil controlar el procés de combustió del combustible en un forn que en les calderes;
• la necessitat d’una bona tracció: la tracció és necessària per a una combustió intensa, així com per a l’eliminació del monòxid de carboni;
• perill d'incendi: per garantir la seguretat contra incendis, és necessari l'aïllament de les xemeneies, especialment per a una estufa d'una casa de fusta. Un factor addicional de perill d'incendi es crea pel fet que és impossible aturar instantàniament el procés de combustió al forn;
• la necessitat de reposició i emmagatzematge constants d’estoc de combustible, així com d’eliminació de residus: escòria i cendra.

Per assegurar el funcionament del forn, es requereix un manteniment constant: col·locació de llenya, neteja de cendres i xemeneies, seguiment del procés de combustió, ajustament del calat

Una estufa amb circuit d’aigua per escalfar una casa: avantatges

Com ja s'ha esmentat, una estufa normal no és capaç de proporcionar calefacció uniforme a totes les habitacions de la casa. A les estufes i xemeneies modernes, aquest problema es resol parcialment instal·lant una cambra de convecció a la qual està connectat el sistema de conductes d’aire. Com a resultat, el flux d’aire calent de l’estufa no es deixa a si mateix, sinó que es mou en l’espai limitat de les canonades i es regula mitjançant panys, amortidors, reixes i altres dispositius addicionals.

No obstant això, els conductes d’aire són voluminosos, mengen espai útil i la pèrdua de calor augmenta amb l’augment de la seva longitud i del nombre de voltes. Necessiten supervisió i manteniment: neteja periòdica de pols, sutge i sutge. L’aire en si té una capacitat calorífica específica baixa; per transferir calor a una habitació allunyada del forn, cal un bombament forçat de masses d’aire escalfat per un ventilador. Per tant, l’aigua, com a mitjà de transferència de calor, és preferible en molts aspectes a l’aire.

Sistema de calefacció combinat d’una casa de camp amb estufa de llar de foc amb circuit d’aigua i captadors solars

Fet! La capacitat calorífica específica de l’aigua és gairebé 4 vegades superior a la capacitat calorífica específica de l’aire. N’hi ha prou amb comparar 4.187 kJ / (kg × K) i 1.055 kJ / (kg × K).

L’aigua calenta es pot transportar fàcilment a través de canonades de diàmetre petit, mentre es transfereix energia calorífica a llargues distàncies. A més, l’aigua és una substància inofensiva, no inflamable, no tòxica, químicament neutra i fàcilment disponible.

El principi de funcionament de la calefacció de les estufes amb un circuit d’aigua

El principi de funcionament del circuit de calefacció és senzill: el refrigerant (en aquest cas, aigua) s’escalfa durant la combustió del combustible i, a continuació, s’estén per les canonades, donant calor a l’espai circumdant.

Esquema de connexió d'una xemeneia amb un bescanviador de calor d'aigua a un sistema de calefacció tancat amb una caldera d'emmagatzematge: 1 - vàlvula mescladora; 2 - bomba de circulació; 3 - tanc d’expansió; 4 - vàlvula d'emergència; 5 - llar de foc amb intercanviador de calor; 6 - caldera d'emmagatzematge; 7 - radiadors de calefacció

El prototip del modern calderes de combustible sòlid i els fogons de llenya de llarga durada per a la llar són familiars per a molts: això és "suec". Un dipòsit metàl·lic està incorporat a l'estufa sueca, que s'omple d'aigua freda abans de posar llenya i encendre.I, tot i que l’aigua s’escalfa durant molt de temps durant el procés d’escalfament, emet calor igualment, molt després que s’apagui la flama.

A poc a poc, el dipòsit d’aigua es va transformar en un intercanviador de calor, com a resultat del qual es va poder connectar un sistema de línies per calefacció de la llar i subministrament d’aigua calenta.

Les modernes estufes amb fogons o forn tenen un aspecte elegant i s’adapten perfectament a qualsevol interior

Construcció de forns amb calefacció per aigua

Una característica distintiva de qualsevol estufa per escalfar una casa, equipada amb un circuit d’aigua, és un bescanviador de calor, que també s’anomena bobina, radiador o caldera. Aquest dispositiu és capaç de proporcionar escalfament d’una quantitat il·limitada d’aigua. Les dimensions i la forma del dipòsit depenen del volum de la cambra de combustió i poden variar en el rang més ampli.

Termocambiador

En algunes modificacions de les estufes per escalfar una casa, l’intercanviador de calor s’instal·la directament a la llar de foc, però amb aquest mètode hi ha el perill d’una fuita de refrigerant (és a dir, aigua) o fins i tot d’una explosió quan s’escalfa i bull. A més, en aquest cas, la capacitat de la cambra de combustió disminueix inevitablement. Una opció més segura és integrar l'intercanviador de calor a la campana de la xemeneia. En aquest cas, la major part de l'aire calent que surt de la llar de foc escalfarà el refrigerant i no s'escaparà per la canonada fins al carrer.

Esquema d’instal·lació estufa de llar de foc amb un circuit d’aigua per al subministrament d’aigua calenta

Càlcul de la potència i les dimensions de l'intercanviador de calor

L’autocàlcul de la potència i la mida d’un intercanviador de calor és una tasca bastant difícil per a algú que no és enginyer de calefacció, però en la majoria dels casos és possible fer una estimació aproximada.

Consells útils! La pràctica ha demostrat que amb una alçada del sostre de 2,5 a 2,7 m per 10 m² la superfície de la casa requereix d’1 a 1,2 kW de potència del sistema de calefacció.

Una estufa de llenya convencional allibera aproximadament 6,5 mil kcal en una hora, el que és suficient per escalfar una petita casa de camp. La presència d’un circuit d’aigua duplicarà el nivell de confort. Després de calcular la pèrdua de calor, podeu calcular la potència del propi intercanviador de calor. L’eliminació de calor de cada metre quadrat de la seva àrea varia de 5 a 10 kW. Aquest fet és la base per determinar la potència necessària.

A l’hora d’escollir un intercanviador de calor per a una estufa o llar de foc, cal tenir en compte els paràmetres de l’estructura i del sistema de calefacció que hi ha.

De fet, no cal capbussar-se en fórmules complexes. N’hi ha prou amb posar-se en contacte amb els especialistes que, guiats per taules ja preparades, seleccionaran un bescanviador de calor per al forn d’una casa particular, que correspongui als paràmetres de l’estructura i del sistema de calefacció indicats.

Material

Abans de decidir el disseny del registre (també conegut com l’intercanviador de calor) del forn per a la casa, hauríeu de decidir de quin material estarà format. Hi ha diverses opcions:

• coure - D'una banda, la bobina de coure és molt eficaç, ja que la conductivitat tèrmica d'aquest material és una de les millors. D’altra banda, el seu punt de fusió és de 1083 ° C i, a la llar de foc, en cas de situacions d’emergència, la incidència de la qual mai no es pot descartar completament, pot arribar als 1200 ° C. Per tant, l’ús de coure a la llar de foc d’un forn de maons està estrictament prohibit. A més, cal parar atenció al fet que el condensat format durant el refredament del circuit conté compostos químics agressius que causen corrosió;
• ferro colat - Els radiadors de ferro colat són molt resistents a la corrosió, però són fràgils i les deformacions tèrmiques que es produeixen durant el refredament i l’escalfament poden provocar esquerdes i danyar l’intercanviador de calor. A més, un registre de ferro colat, degut al fet que aquest metall és difícil de processar, es munta a partir de peces colades mitjançant rosques i segells, cosa que comporta una disminució de la fiabilitat del conjunt de la unitat;

El forn de maó holandès és un dels forns més senzills amb bona eficiència i transferència de calor

• d'acer - el material més accessible i fàcil de processar. Es recomana que els intercanviadors de calor siguin fabricats en acer resistent a la calor amb un gruix de 3 a 5 mm, mitjançant tubs sense soldadura. Al mateix temps, heu de mantenir aquest mode de calefacció en què es formi el mínim condensat possible i no drenar mai el refrigerant, perquè els productes siderúrgics estan subjectes a corrosió;
• d'acer inoxidable resistent a la calor- El millor material, però també el més car per a un radiador de cuina per a una casa particular.

Consells útils! L'acer més adequat per a l'intercanviador de calor és AISI 304. Quan es fabriquen peces, és recomanable utilitzar tall i làser per soldadura en atmosfera d'argó.

El disseny de la xemeneia amb circuit d’aigua

Disseny

L’intercanviador de calor, segons el seu material, pot estar format per canonades rectangulars rodones o amb forma, xapa o una combinació d’aquestes parts. La ubicació i el mètode d’instal·lació es determinen per la seva forma:

• bescanviador de calor de xapa d'acer - es pot col·locar al lloc més calent, és a dir, a la cambra de combustió. Per a la fabricació, s’utilitza una xapa d’acer de 3 ÷ 4 mm de gruix en combinació amb tubs de diàmetre de 40 ÷ 50 mm per connectar les línies de subministrament i retorn. Per evitar la formació de taps de vapor, la canonada de subministrament d’aigua superior ha d’estar al punt més alt de l’intercanviador de calor, ja que si un pany de vapor entra al sistema de calefacció, hi ha el risc d’un martell d’aigua. El que al seu torn comportarà la destrucció de canonades o radiadors. Per evitar que l’aigua de l’intercanviador de calor bulli, el seu espai intern ha de ser com a mínim de 30 mm;

Tubs d'acer per fabricar l'intercanviador de calor del forn

• intercanviador de calor de canonades - Està format per canonades: rodones amb un diàmetre de 40 ÷ 50 mm o seccions de perfil rectangular de 40 × 60 o 60 × 60 mm. També es pot ubicar a la llar de foc (sempre que no sigui de coure), la solució espacial depèn del forn específic. El més important és que el dispositiu no ha de bloquejar la porta per omplir combustible, reixes i conductes de fum. Si l'estufa és una estufa de cocció, les canonades de l'intercanviador de calor només es col·loquen al llarg dels plans laterals de la cambra de combustió;
• registre pla tubular - la majoria de les vegades es troben als conductes de la xemeneia o a la campana del forn, on les condicions són més suaus, per tant poden durar més que els radiadors de la llar de foc. Les seves dimensions són molt impressionants, ja que es troben en llocs on la producció de calor és baixa i s’han de calcular amb antelació, ja que no hi hauria d’haver obstacles a la sortida dels gasos de combustió.

Cal col·locar l’estufa a la casa complint les normes de seguretat contra incendis

Muntatge

L'intercanviador de calor només s'ha d'instal·lar en un forn domèstic dedicat. Les instruccions de vídeo i foto confirmen clarament la necessitat d’atraure un fabricant especialitzat de fogons i de seguir una sèrie de regles:

• Després de la fabricació, l'intercanviador de calor s'ha de pressuritzar dues vegades amb una pressió de 6 bar: abans i després de la instal·lació al forn;
• l'intercanviador de calor es munta immediatament després d'instal·lar la base del forn, després de la qual es posa;
• No es recomana inserir l'intercanviador de calor a la maçoneria del forn. Hi ha d’haver un buit de 10 ÷ 15 mm entre ell i les parets per compensar l’expansió tèrmica;

Elements d'un sistema de calefacció combinat d'una casa de camp amb llar de foc i col·lectors solars

• en instal·lar canonades, deixeu un buit de 5 mm i ompliu-lo amb un cable d’amiant o un altre segellant resistent a la calor;
• la secció de canonada a la sortida ha de tenir una longitud d'almenys 10 ÷ 15 cm, cosa que permetrà tallar un nou fil en cas de dany;
• les canonades de calefacció es connecten a l'intercanviador de calor només mitjançant un segell resistent a la calor;
• la reconstrucció del forn acabat per instal·lar-hi un circuit d’aigua només l’ha de fer un especialista.

Per equipar l’estufa, és millor utilitzar els serveis d’un estufa experimentat

Funcionament d'una estufa de llar de foc amb circuit de calefacció d'aigua

Per a un funcionament sense problemes del sistema de calefacció, també heu de seguir les regles de funcionament:

1. No utilitzeu el forn amb un intercanviador de calor sense omplir: es cremarà ràpidament.
2. No desconnecteu l'intercanviador de calor del sistema de calefacció mentre el forn estigui en funcionament. L’aigua s’expandeix quan s’escalfa i l’augment de la pressió pot provocar una explosió.
3. No subministreu aigua freda a un intercanviador de calor escalfat. Les deformacions tèrmiques poden danyar-lo.
4. Es pot utilitzar una bomba de circulació per augmentar l’eficiència del sistema de calefacció.
5. Si cal, utilitzeu anticongelant al circuit de l'escalfador d'aigua calenta.
6. En el punt més baix del sistema de calefacció, s’ha de proporcionar una aixeta de drenatge d’aigua.

Per tal que el sistema de calefacció funcioni sense problemes, seguiu les regles de funcionament

Els principals inconvenients d’una estufa domèstica amb calefacció per aigua

Principals desavantatges sistema de calefacció d’aigua associat a les propietats físiques del refrigerant, és a dir, de l’aigua. Congelant-se a 0 ° С, l’aigua (més precisament, ja amb gel) arriba al seu volum màxim a -4 ° С. L’expansió de l’aigua congelada a les canonades pot provocar la seva ruptura. Per evitar-ho, és necessari buidar l’aigua del sistema de calefacció, si no s’utilitza a la temporada de fred, o substituir-la per un anticongelant especial.

Article relacionat:

El compliment de les normes per al funcionament de l’estufa a la casa, les instruccions de fotos i vídeos ajudaran a evitar errors i suggeriran les millors maneres de neutralitzar les deficiències.

És millor pensar a instal·lar un forn de maó modern a l’etapa de disseny de la casa, ja que implica l’arranjament d’una xemeneia i conductes d’aire.

Una moderna estufa de maó amb un circuit d’aigua per escalfar una casa és una complexa estructura d’enginyeria tèrmica d’enginyeria. La seva instal·lació requereix el desenvolupament d’un projecte separat en la fase de disseny de tota l’estructura en general i, molt probablement, no passarà sense la participació d’especialistes.