Особенности и преимущества использования печи с водяным контуром в бане

Считается, что грамотно спланированная печка позволяет решить большую часть проблем, связанных с обогревом и снабжением требуемым количеством кипятка парной и мойки. Это в теории. На практике количества тепла, излучаемого стенками классической кирпичной или чугунной топкой, оказывается недостаточно, чтобы прогреть всю баньку. Для маломерной бани тепла еще хватает, для построек с нормальной парилкой, мойкой и комнатой отдыха одной кирпичной печки уже мало. Поэтому лучше не строить на авось, а сразу планировать печь для бани с водяным контуром. И отопление получится мягким, притом баня сушится от накопившейся влаги за считанные часы.

Классическая печь для бани с встроенным водяным контуром

Как работает водяной контур в банной печи

В использовании дополнительного теплосъемника, врезанного в конструкцию каменки или кирпичной печки бани, нет ничего нового. С помощью самодельного чугунного, реже медного самоварного бака наиболее смекалистые банщики умудрялись получать кипяток еще в позапрошлом веке. С той поры принцип встроенного водяного контура ничуть не изменился, техника стала совершеннее, появилась возможность сделать печь для бани с контуром отопления, причем эффективно и безопасно.

В современной бане используют два типа построения водяного контура:

• Прямой отбор тепла из печи с помощью встроенного теплообменника. Чаще всего это витая труба, дисковый бак или система регистров в форме решетки из жаростойкой нержавейки. Вода подается на вход часто самотоком из бака, подвешенного выше печи минимум на 1-1,5 м. На выходе получается крутой кипяток, который отправляется по трубам в мойку или в систему отопления бани;
• Двухконтурная схема печи. Тепло отбирается от продуктов горения, как и в случае с прямой схемой, но крутой кипяток подается не в систему отопления или в бак с краном, а накапливается и циркулирует в промежуточном бойлере-баке.

С помощью встроенных в бак дополнительных теплообменников удается прокачать, подогреть и отправить в систему отопления бани или в ее моечное отделение чуть более холодную, но все еще горячую воду.

Прямоточная система отопления

Первая или прямая схема нагрева используется в маломощных металлических печах, из-за отсутствия промежуточного бака система отопления бани получается более экономичной. Но в этом случае приходится использовать стальные трубы отопления, алюминиевые или чугунные радиаторы. Ни о каком встроенном водяном теплом полу в бане речи быть не может.

Печь с плоским встроенным водяным контуром

Мембранный бак

Из-за сложностей, возникающих с регулировкой степени нагрева воды, в систему отопления может идти недогретая вода или крутой кипяток. И чем больше мощность печки в бане, тем сложнее обеспечивать стабильность ее работы. Можно получить ожоги, но главное — банная печь с водяным контуром прямого нагрева может легко выйти из строя, если движение воды по трубам вдруг прекратится или поток остановится. Возможно, взрыва не будет, но печь в бане окончательно выйдет из строя.

Преимущества двухконтурного отбора тепла

Для системы отопления с двойным контуром отбора и распределения тепла перечисленных выше проблем не существует. Ограничений по мощности и схеме разводки труб нет в принципе, можно делать теплый пол, бассейн с подогревом, и еще останется энергия для высушивания помещения, после того как печь была потушена. Мало того, котел для бани с водяным контуром двойного действия часто используют в качестве основного источника тепла для обогрева жилого дома, построенного рядом.

Печь с двойным водяным контуром

Основные преимущества двухконтурной системы сводятся к следующему:

• Вода движется по первому горячему контуру с постоянной скоростью. Теплоноситель прокачивает циркуляционный насос, поэтому теплообменник внутри топки и сама печь не испытывают тепловых и гидравлических ударов, а значит, прослужат гораздо дольше, чем при прямоточной схеме;
• Из-за высокой скорости движения потока с теплообменника удается снять в 5-6 раз больше энергии. Огромный бак с водой будет хранить кипяток 6-12 часов, после того как печь в бане была потушена;
• Вместо воды можно и нужно использовать синтетические теплоносители, специально разработанные для использования в двухконтурных системах отопления. Можно взять автомобильный тосол, но срок его службы будет ограничен одним-двумя годами.

Важно! Использование синтетики вместо воды существенно увеличивает ресурс циркуляционного насоса. Если на очищенной воде срок службы в среднем составляет 5 лет, то на специальной марке тосола – 15 лет.

Еще один плюс заключается в том, что такую систему отопления бани можно оставлять зимовать без слива теплоносителя. К тому же система коллектора, соединительные муфты и разводка труб не гниют и не корродируют, как это часто бывает в случае использования воды.

Требования при монтаже

Толщина слоя воды в теплообменнике должна превышать 4 см, так как при меньшей толщине вода будет закипать.

Стенки змеевика должны быть не менее 5 мм, а в случае использования угля — еще толще. Несоблюдение толщины может привести к прогоранию стенок.

Теплообменник ни в коем случае не должен быть смонтирован вплотную к стене топки. Оставьте не менее 2 см. Это пространство необходимо при тепловом расширении змеевика.

Особое внимание необходимо уделить пожаробезопасности системы. Между печью и деревянными перегородками непременно должны оставаться воздушные прослойки, так как именно перегрев деревянных конструкций является первой причиной возгораний

Лучше всего выполнить облицовку кирпичом или другими огнеупорными материалами.

Обогрев бани с помощью водяных контуров

Прежде чем приниматься к планированию отопления помещения с использованием печи для сауны с водяным контуром, необходимо правильно подобрать основные узлы и детали системы. Эффективность обогрева бани во многом зависит от того, насколько удачно был выбран главный элемент – основной горячий теплообменник. После установки на печь в бане заменить или переделать его будет дорого и сложно. Остальные элементы двухконтурной системы отопления можно будет без ограничений менять, дорабатывать, ремонтировать и совершенствовать.

Вариант встраиваемого в печь водяного контура — змеевика

Теплообменник

Отбирать тепло можно тремя способами:

• Наставной бак, закрепленный на одной из стенок печи;
• Встроенные в топку печи радиатор или витой теплообменник;
• Использовать бак или спиральный радиатор, установленный на дымоход бани.

Навесной или наставной бак можно также использовать для отопления внутри помещений бани, но очень небольших, например, для обогрева мойки или раздевалки небольшой баньки. Огромный минус наставного бака, как теплообменника, заключается в том, что тепло попадает в воду через две стенки – футеровку внутри топки и стенку самой емкости. В результате тепловой поток получается довольно слабым. Наружная температура стенки печи 150-160оС, поэтому вода греется очень медленно.

Самым эффективным считается теплообменник, вмонтированный в стенку топки. Высокие температуры дают не менее 6-8 кВт/ч тепловой энергии. Это означает, что бойлер на 100 л, через который циркулирует вода в первом контуре, нагреется до требуемых 80оС за 20-25 мин. Единственный минус такого теплообменника — его непросто изготовить своими руками. Чаще всего это труба или плоский бак из нержавеющей стали с приваренными штуцерами. Теплообменник сложно ремонтировать и обслуживать в условиях бани, особенно, если это самодельное устройство. Лучшим вариантом будет покупка готового мембранного бака фабричного изготовления.

Третий тип теплообменников вполне реально изготовить для отопления бани своими руками. Чаще всего для двухконтурной банной печи используют тот же змеевик, но уже из медной трубы. Если мощность печки достаточно большая, то вместо спирального водяного контура можно использовать классический вариант коаксиального бака, монтируемого на дымовую трубу бани.

Медный змеевик, устанавливаемый на металлический дымоход

Теплообменники и водяные контуры, встраиваемые в кирпичный дымоход, могут работать не хуже. Единственный минус заключается в том, что отбирать тепло для системы обогрева бани можно не ранее, чем прогреется дымовая труба. В противном случае тяги не будет, и топить помещение бани придется очень долго.

Трубы и радиаторы

В идеале система отопления бани должна строиться из четырех узлов, у каждого из которых различная тепловая нагрузка. Главная печь бани, установленная в парном отделении. Внутри топки или на дымоходе смонтирован первичный контур с отбирающим теплообменником, стальными трубами и циркуляционным насосом. Трубы должны быть металлическими. Допускается подвод – отвод воды к теплообменнику печи пластиковыми и металлопластиковыми, но не ближе чем на 120 см к раскаленной поверхности.

Бойлер, вмонтированные в него теплообменник и трубы подачи воды в моечное отделение. Подача и нагрев воды могут осуществляться как самотеком, так и дополнительным циркуляционным насосом. Материал теплообменника — медь, трубы из термостойкого полипропилена.

Для системы отопления бани выделяется еще один вторичный контур. В его состав входят:

• Медный теплообменник, встроенный в бойлер. Диметр трубы обычно вдвое больше, чем для контура обеспечения горячей водой мойки;
• Система отопления с помощью настенных алюминиевых радиаторов. Трубы сечением в ½ дюйма из термостойкого полипропилена с армированием из фольги;
• Распределяющего коллектора со штуцерами подключения пластиковых полиэтиленовых труб, встраиваемых в теплый пол.

Кроме перечисленного, в систему водяного обогрева бани может подключаться контур со встроенным проточным электронагревателем. Такая схема применяется в отоплении зимних саун и бань, расположенных в местности с сильными морозами.

Важно! Встроенный в контур отопления электроподогреватель очень быстро на начальном этапе прогреет воздух в помещении бани. Тем самым создаются минимальные комфортные условия, и самое главное – теплый воздух обеспечивает стабильную тягу в дымоходе и уверенный розжиг топки печи.

Водяной пол

Греющая напольная основа из труб по своему устройству ничем не отличается от классического водяного пола, используемого в квартирах и жилых домах. В комнате отдыха и в парилке пластиковые трубы укладываются спиралью, в мойке и в раздевалке схема укладки греющего водяного контура может быть упрощена до нескольких параллельных ниток.

Из-за специфики устройства и эксплуатации сауны не рекомендуется строить отопление бани только на основе теплого пола. Крайне важно включать в водяной контур несколько, как минимум два настенных радиатора. Один из которых должен располагаться в моечном отделении, и еще один в комнате отдыха. Регулируя вручную краном расход водяного потока через настенные радиаторы, удается подобрать оптимальный температурный режим для главных помещений бани. Можно, конечно, поставить автоматический электронный термостат, но такое устройство больше подходит для электрического отопления. Существуют модели и для водяного контура, но их стоимость слишком высока для использования в условиях бани.

Циркуляционный водяной насос

В двухконтурной системе отопления используются целых три электронасоса. Основной водяной насос мощностью в 150-200 Вт применяется для прокачки горячей воды от греющего контура на печи к бойлеру. Причем работает такой насос постоянно, пока горят дрова в топке печи. Чтобы избежать аварии, главный циркуляционный насос комплектуется автоматикой контроля температуры и движения водяного потока. Часто к нему подключают отдельное резервное питание.

Совет! Если теплообменник первого контура установлен на дымовую трубу, то контролирующую автоматику можно заменить лишь одним термостатом или датчиком давления. Даже если насос выйдет из строя, еще как минимум 15-20 минут горячая вода будет идти в бойлер самотеком. Этого хватит для того, чтобы обнаружить и устранить проблему в водяном отоплении бани.

Остальные два циркуляционных насоса мощностью по 100-120 Вт включаются в работу периодически по мере необходимости по команде датчика. Для душа или мойки это может быть датчик падения давления, включающий насос при открытии крана с горячей водой.

Для теплого пола и контура с настенными радиаторами используется встроенный в трубу датчик температуры. Многие заказчики водяного отопления отказываются от автоматической регулировки уровня нагрева и частоты включения насоса, предпочитая гонять мотор постоянно на малых оборотах в течение всего срока пребывания в бане. В этом случае уровень нагрева регулируют вручную, с помощью обратного крана.

В процедуре регулировки краном нет ничего сложного, тем более что подобрать требуемый уровень обогрева придется всего лишь один раз, и далее регулировать температуру воздуха в бане регулятором оборотов на циркуляционном насосе.

Расчеты мощности теплообменника

Все выкладки и схемы двухконтурного отопления не имеют смысла, если не сделать хотя бы прикидочный расчет двухконтурной банной печи. Это поможет избежать наиболее грубых ошибок при обустройстве первого контура отопления.

Определяем общую потребность в тепловой энергии для вспомогательных помещений бани

В процессе расчета нужно определить две величины, первая – это потребное количество тепла для отопления мойки, раздевалки и комнаты отдыха. Вторая – количество энергии, необходимое для горячей воды в душ.

По первому пункту общий расход тепла получаем, умножив площадь в метрах квадратных отапливаемых помещений на 0,2 кВт.

К сведению! Обычно при расчете водяного отопления принимается тепловая нагрузка в 0,1 кВт/ч на м2. Именно столько должно выделяться тепла с поверхности.

В качестве примера — площадь комнаты отдыха и раздевалки составляет 2,5х3м=7,5м2, количество тепловой энергии, отдаваемое через теплый пол и настенные радиаторы, должно быть не меньше 7,5х0,2=1,5 кВт/ч. Для парной и мойки общая площадь равна соответственно 2,5х2+1,5х2=8м2. Так как температура воздуха в парилке и душевой должна быть выше, то расход берем по 0,3 кВт/ч, в итоге получается 8х0,3=2,4 кВт/ч. Всего на отопление бани на вторичном водяном контуре должно выделяться не менее 3,7 кВт/ч тепла.

Еще 1-1,5 кВт/ч потребуется для подогрева воды в моечном отделении. Итого общая потребность составит 4,7 кВт/ч. Это означает, что первый водяной контур должен отбирать из топки печи не менее 5 кВт/ч в тепловом эквиваленте. Разница в 300 Вт пойдет на потери при перераспределении тепловой энергии во втором контуре отопления.

К сведению! Печь для сауны с водяным контуром должна выдавать в рабочем режиме примерно в 3,3-3,7 раза больше энергии, чем это потребуется на отопление бани. Иначе парилка окажется сырой и холодной.

Как определить характеристики теплообменника первого водяного контура

После получения приблизительных данных о требуемом количестве энергии для отопления бани можно приступать к расчету схемы отбора тепла из печи. Предполагается, что печка с дымоходом и всеми необходимыми атрибутами уже установлена и исправно работает в парилке бани.

Во-первых, нужно определиться с устройством теплообменника первого контура. Можно использовать бак, одеваемый на дымоход, или витой медный змеевик, насаживаемый на дымовую трубу. Лучше выбрать витой теплообменник, бак годится в лучшем случае для получения небольшого количества кипятка для мойки, да и часто становится причиной поломок и протечек.

Подготовка к расчету

Зная потребность в тепле, а это 5кВт/ч, можно рассчитать характеристики с помощью готовой программы. Но большинство программных комплексов либо сложны для самостоятельного освоения, либо не всегда дают нужный результат для конкретной бани и мощности водяного контура.

Поэтому определение параметров будет выполняться экспериментально:

• Покупаем медную трубу для монтажа кондиционеров. Для всех теплообменников используем трубу диаметром 12 мм;
• Изгибаем на металлической болванке змеевик с 10 витками, внутренний диаметр теплообменника должен быть на 1-1,2 мм меньше наружного размера дымовой трубы печи. На концах должен оставаться запас трубы, чтобы можно было добавить дополнительные витки;
• Устанавливаем змеевик на трубу, к входному и выходному отверстию подключаем по одному гибкому металлическому гофрированному шлангу;
• Вход в теплообменник соединяем с выходом циркуляционного насоса, выход из змеевика отправляем в металлическую бочку емкостью 70-100 л.

Далее нужно подключить циркуляционный насос к водопроводу или емкости с теплой водой.

Испытания схемы

Чтобы определить, достаточно ли будет для водяного теплообменника первого контура 10 витков, нужно испытать собранную схему в работе. Протапливаем парилку бани, дымоход должен прогреться до рабочей температуры, и запускаем циркуляционный насос на минимальной производительности.

Засекаем время, набираем в бочку 50 литров горячей воды и выключаем систему. Термометром измеряем температуру воды. Далее считаем количество тепла, снятого с теплообменника водяным потоком через дымоход бани. Нужно еще определить, насколько нагрелся водяной поток. Остается лишь умножить вес воды — 50 кг на ее теплоемкость и разницу в температуре. Зная время нагрева воды в первичном контуре и количество тепла, можно посчитать тепловую мощность греющей части дымохода бани. Добавляя и уменьшая количество витков теплообменника, можно подогнать характеристику к требуемой величине в 5кВт/ч. В среднем на дымоход бани укладывается 20-25 витков медной трубы в 12 мм.

Теплообменник первого водяного контура

Можно пойти и обратным путем – намотать максимальное количество медной трубы и после установки на печь и практического испытания в системе водяного отопления бани отрезать несколько витков, чтобы уменьшить количество отбираемого тепла из топки печи.

Малый водяной контур, с его помощью будет отбираться тепло из бойлера для обеспечения моечного отделения бани горячей водой

Несколько альтернативных вариантов

Не смотря на то, что варианты, описанные выше, наиболее популярны и считаются оптимальными, я решил кратко упомянуть о некоторых альтернативах. По сути, они являются разновидностями печного подогрева, но имеют свои особенности.

Например, если у Вас есть такие возможности, то Вы можете установить в своей бане котёл на дизельном топливе. Но для такого варианта необходимо отдельное помещение (солярка пахнет не слабо), да и о хранении топлива необходимо подумать.

Существуют и пиролизные котлы отопления. Несомненным преимуществом такого котла можно считать очень длительное, практически полное сгорание топлива. А недостатком — высокую стоимость и сложность эксплуатации (например, сырая древесина в нём не горит).

Также возможно применение котлов длительного сгорания, способных сжигать отдельную партию топлива до 5 дней, поддерживая нужную температуру. Бывают даже варианты для качественного сортового угля. Но это скорее «промышленный» вариант, который для хорошей традиционной бани не подходит.

Как сделать водяной контур в бане

Первым делом нужно выбрать место под установку накопительного бойлера. Для уверенной работы системы отопления потребуется бак емкостью не менее 100 л. Можно использовать корпус от электробойлера, но для своей бани лучше всего сварить бак из нержавейки, цилиндрической формы.

Сборка бака

Изготавливаем водяной накопитель и устанавливаем теплообменники второго контура:

• Корпус бака заказываем у сварщика. Нержавейку нужно будет предварительно согнуть на цилиндрической болванке, диаметром 40-50 см, и зафиксировать мягкой проволокой. Центральный шов сваривают сварочным полуавтоматом. Днища приваривают в конце;
• Для отбора тепла из бака потребуется два теплообменника. Первый изготавливаем навивкой медной трубы на стальной заготовке. Просверливаем отверстия в корпусе, заводим змеевик внутрь и разводим витки на держателях – проставках, изготовленных из пластика;
• Аналогичным способом изготавливаем змеевик для моечного отделения. Достаточно будет сделать 5-7 витков на болванке диаметром 50-60 мм. Его крепят в корпус в нижней части бака;
• Ввариваем в корпус подпитывающий патрубок и два штуцера для подачи и отведения горячего водяного потока от первого контура на дымоходе печи.

После приварки дна и крышки бак нужно проверить на герметичность, заливаем воду и оставляем на несколько часов в помещении бани. Если проблем нет, можно переходить к монтажу. Обычно бак крепят на стене в моечном отделении.

Самый мощный контур нужно делать для печки

Собираем систему водяного отопления

Первым делом в моечное отделение необходимо проложить трубы от системы водяного отопления бани. Водопровод в действующей бане наверняка уже имеется. От водопроводной трубы делаем отвод к центральному накопительному баку. Ставим подпитывающий кран, манометр и расширительный бачок.

Бак монтируем рядом с печью

Еще один отвод питающей трубы водопровода подсоединяем к малому теплообменнику. Подключение можно выполнить напрямую или через циркуляционный насос и демпфирующий бачок. Если давление воды в водопроводе не менее 1,5 Ат, то можно поставить один лишь кран.

Далее нужно пробить в стене отверстия и уложить прямую или верхнюю трубу, подающую водяной поток в радиаторы отопления и систему теплого пола. Обратку к печи также подключают через кран и демпферный бачок. В подающую магистраль врезаем циркуляционный насос.

Радиаторы водяного отопления и систему теплый пол в условиях бани устанавливаем по той же схеме, что и для жилых помещений.

Создание буржуйки

Первоначально необходимо составить схему-чертеж, с указанием всех размеров деталей и подготовить необходимые инструментыдля выполнения работ по металлу (сварка, болгарка, плоскогубцы) и материалы.

После раскройки металла производятся следующие действия:

Под прямым углом привариваются основные элементы: дно и стенки. За исключением передней.

Важно знать! Низ отопительной конструкции рекомендуется устанавливать на расстоянии не менее 30 см от уровня пола. Установленные металлические ножки помогут снизить сильное температурное воздействие на покрытие пола

Печное пространство подлежит зонированию, а именно, между топкой и поддувалом приваривается колосниковая решетка или лист металла, в котором высверливаются люфты для удаления пепла.

• Спереди на стенке необходимо проделать проем для монтирования дверок. Теперь переднюю часть можно приваривать к остальным элементам.
• По бокам добавляют навесные петли, после чего, дверцы можно устанавливать, согласно схеме месторасположения.

Вверху печной конструкции необходимо приварить дымоотводную трубу. После окончания работ все швы зачищаются и проходят проверку на наличие дефектов. Следующий этап – монтаж водяной рубашки.