Hur man skapar en ugnsvärme i ett privat hus med luft- eller vattenkretsar

Det finns många sätt att värma upp ett privat hus med gas och el. Men trots överflödet av moderna metoder är kaminuppvärmning fortfarande relevant vid installation av lantställen och sommarstugor.

Håll med, inget framhäver charmen hos en rysk stuga som en vedspis. Dessutom anses fastbränsleuppvärmning vara ett av de ekonomiska alternativen.

Organisationen av värmesystemet börjar med val av kaminutrustning och bestämning av typ av värmekrets. Vi föreslår att du sätter dig in i konstruktion och funktionsprinciper för vatten- och luftuppvärmning baserad på en kamin. För bättre förståelse har vi kompletterat materialet med scheman och tydliga fotografier.

Uppvärmning med luftsystem

Anledningen till den ihållande preferensen som ägare av privata hus ger kaminuppvärmning ligger i ekonomisk drift – tillgång till ved, bränslebriketter eller kol.

Nackdelen är begränsningen av det behandlade utrymmet, vilket kan elimineras genom installation av vatten- och luftsystem baserat på en tegelenhet.

Specifikationer för uppvärmning av låga byggnader med kamin presenteras i en fotosamling:

Funktionsprincipen för luftvärme baserad på kamin eller öppen spis består i att överföra en varm luftström, uppvärmd till arbetstemperatur i en värmeväxlare eller panna. Luften tillförs antingen direkt till rummet eller via luftkanaler.

Tack vare den relativt korta sträckan hinner den inte förlora temperatur. Resultatet blir en jämn värmefördelning i huset.

En kammare för luftuppvärmning anordnas ovanför brännkammaren så att den heta övre ytan av brännkammaren och skorstenen överför maximal värme till den. Luftcirkulation sker naturligt eller med hjälp av fläktar.

En stålkamin av fabrikstillverkning för uppvärmning av ett rum på 120 kvm med hjälp av luftflöden kostar cirka 1 200 kr.

Naturlig cirkulation sker på grund av skillnad i densitet mellan kall och varm luft. Kall luft som kommer in i värmekammaren tränger ut den varma luften i luftkanalerna.

Denna metod kräver ingen elektricitet, men om luftrörelsen genom värmekammaren är för långsam blir den mycket het, vilket kan orsaka problem.

Luftvärme med naturlig rörelse av uppvärmd luft förutsätter installation av luftkanaler för riktad rörelse. I forcerade varianter stimuleras luftrörelsen av en fläkt (+).

Påtvingad cirkulation sker med hjälp av fläktar eller pumpar. Uppvärmningen av rummen sker dock snabbare och jämnare. Vid forcerad ventilation kan man genom att reglera dess läge enkelt styra mängden luft som tillförs olika rum och därmed bestämma inomhusklimatet i enskilda rum i huset.

Efter typ av tillförsel av kall luft delas systemen in i två varianter:

• Med full recirkulation. Uppvärmda luftmassor växlar med kylda inom ett och samma rum. Nackdelen med schemat är att luftkvaliteten försämras vid varje uppvärmnings-/kylcykel.
• Med partiell återvinning. En del av den friska luften utifrån tas in och blandas med en del av inomhusluften. Efter uppvärmning levereras blandningen av de två luftdelarna till användaren. Fördelen är stabil luftkvalitet, nackdelen är energiberoende.

Det är uppenbart att den första gruppen omfattar kanalsystem med naturlig luftcirkulation. Den andra gruppen omfattar varianter med forcerad luftrörelse, där det inte krävs något kanalnät.

Tillförsel av utomhusluft ger systemet med naturlig cirkulation en extra impuls, vilket gör att man klarar sig utan fläktar.

De främsta fördelarna med luftvärme jämfört med vattenburen värme:

• hög verkningsgrad;
• driftsäkerhet;
• inga radiatorer i rummen.

En krets med forcerad rörelse gör det möjligt att klara sig utan att bygga ett kanalsystem. Dessutom kan denna typ kombineras med luftkonditionering, befuktning och luftjonisering.

Om installationen av en anordning som stimulerar rörelsen av uppvärmd luft inte planeras, används följande metoder för att öka kaminens prestanda:

Ökad verkningsgrad ökar automatiskt hastigheten på luftflödet: ju snabbare luften värms upp, desto intensivare sker bytet mellan kall och varm luftmassa.

De främsta nackdelarna med luftvärme jämfört med vattenburen värme:

• vid användning av kamin har temperaturen på tilluften en stor variation, till skillnad från användning av andra värmekällor;
• luftkanaler har stor diameter, därför måste installationen ske under byggskedet;
• det är önskvärt att placera kaminen i en källare, annars måste fläktar användas, vilka orsakar buller.

Luftrörelse i rummet har en negativ sida – den rör upp damm, men användning av filter vid luftkanalens utlopp gör det möjligt att effektivt fånga upp detta damm, och därmed minska den totala mängden damm i huset.

En annan egenskap hos luftvärme som har både positiva och negativa sidor är värmeöverföringshastigheten. Å ena sidan värms rummen upp snabbare än med vattenkrets, å andra sidan saknas termisk tröghet – så fort kaminen eller eldstaden slocknar börjar rummet omedelbart svalna.

För att säkerställa jämnt tryck i luftkanalens sidogrenar måste du undvika att ansluta dem inom den sista halvmetern av huvudluftkanalen.

Till skillnad från vattenuppvärmning är installationen av ett luftvärmesystem inte alls komplicerad. Alla delar (rör, böjar, ventilationsgaller) kan enkelt kopplas samman utan svetsarbete. Det finns flexibla luftkanaler som kan anta vilken form som helst beroende på rummens geometri.

Trots detta har luftvärmesystem baserade på ugnar eller eldstäder ännu inte fått stor spridning. Mycket oftare används vattenkretsen för uppvärmning i småhusbyggnation.

Baserat på en ugn eller eldstad med tegel- eller stålinsats kan du ordna både luft- och vattenuppvärmning.

Konstruktion av vattenuppvärmning baserad på kamin

Principerna för alla vattenuppvärmningssystem bygger på att värme distribueras från en lokal källa i hela rummet med hjälp av vatten som cirkulerar i värmekretsen.

Grundläggande komponenter i vattenuppvärmning

För ett ugnsvärmesystem med vattenkrets är de grundläggande delarna:

• ugn eller eldstad med värmeväxlare, där vattnet värms upp;
• värmekrets, där värme avges till rummet;
• expansionskärl för att förhindra skador på systemet vid tryckökning;
• cirkulationspump för att säkerställa vattencirkulation i kretsen.

Det finns allmänna regler för funktionen av vattenuppvärmning, såsom rördragningsscheman, som är välkända och som måste följas. Men när man använder en ugn som värmekälla finns det specifika krav relaterade till temperaturregimens egenskaper.

Funktionsprincipen för vattenuppvärmning baserad på en ugn eller eldstad är enkel, men du måste noggrant beräkna parametrarna för alla systemkomponenter.

Ugnar värms inte upp snabbt och svalnar långsamt, värmen avges ojämnt och endast korrekt installation av alla systemkomponenter kan undvika problem med effektiv uppvärmning av husets rum.

Typer av värmeväxlare och placeringsmetoder

För tillverkning av värmeväxlare till ugnar används plåt av “svart” stål eller värmebeständigt rostfritt stål. Användning av gjutjärn som material för produktion är svårt, men man kan använda färdiga gjutjärnsprodukter, såsom gjutjärnsradiatorer.

Det är möjligt att använda koppar, som har bättre värmeledningsförmåga jämfört med stål, men priset på en sådan anordning blir hög. Värmeväxlaren rekommenderas att tillverkas av stål med en tjocklek på minst 3 mm. Vid höga ugnstemperaturer som uppstår vid användning av kol eller, ännu mer, koks, måste stål med en tjocklek på 5 mm användas.

Värmeväxlare kan grovt delas in i tre typer:

• register, spiraler och radiatorer, bestående av en uppsättning rör;
• mantlar (pannor), svetsade av plåtstål;
• kombinerad variant i form av vertikala väggar sammanbundna med rör (så kallade “böcker”).

Mantlar av plåtstål är enklare att tillverka och lättare att rengöra från förbränningsprodukter, men rörkonstruktioner har större värmeyta. Vid tillverkning av manteln måste man ta hänsyn till övertrycket i vattnet som uppstår vid användning av en membrantryckexpansionstank eller vid lyft av vatten till hög höjd.

En värmeväxlare för vattenburen uppvärmning baserad på en ugn kan konstrueras av enkla material:

I detta fall måste stål med en tjocklek på minst 5 mm användas och väggarna förstärkas ytterligare med förstyvningsribbor för att undvika deformation.

Formerna på rörkonstruktioner kan variera, men man måste se till att rörens inre diameter är minst 3 cm. Annars, vid långsam cirkulationshastighet eller för hög temperatur, kan vattnet koka.

Register tillverkas vanligtvis av profilrör snarare än runda rör för att underlätta svetsarbete.

Man kan själv tillverka en värmeväxlare i önskad storlek. I detta fall måste man ägna extra uppmärksamhet åt svetskvaliteten. Om värmeväxlaren läcker kommer allt vatten att rinna ut i ugnen.

Dessutom måste man utföra en stor mängd arbete för att åtgärda problemet: demontera ugnen, ta bort, svetsa och sätta tillbaka värmeväxlaren och sedan återmontera ugnen.

Det finns två alternativ för placering av värmeväxlaren. I det första fallet placeras den direkt i eldstaden, vilket avsevärt minskar dess utrymme. I det andra – registren installeras i kåpan på ugnar utan omvändning, men själva ugnen har i detta fall en mer komplex konstruktion.

Om du har en kåpugn är det bättre att placera värmeväxlaren i kåpan: där är det också varmt, och eldstadens utrymme förblir oförändrat.

Vid installation av en rörformad värmeväxlare måste ett mellanrum lämnas mellan den och ugnsväggen. Detta är nödvändigt för bättre uppvärmning av värmebäraren samt möjlighet att rengöra registret. Både manteln och registren måste rengöras med jämna mellanrum, eftersom effektiviteten av värmeöverföringen minskar vid kraftig nedsmutsning med aska.

Om det finns en spisplatta sker rengöring efter att den har tagits bort. Om ugnen endast har en värmefunktion, sker rengöringen genom ugnsluckan.

Vattencirkulation i värmekretsen

Grundprinciperna för att organisera naturlig vattencirkulation i systemet består i att skapa en “accelerationskollektor” vid utloppet från värmeväxlaren och att skapa en konstant lutning på värmekretsens rör på 3–5°.

Den allmänna innebörden av “accelerationskollektorn” är att det varma vattnet från ugnen stiger vertikalt uppåt och sedan fördelas i värmekretsen.

Cirkulationen sker på grund av skillnaden i specifik vikt mellan kallt och varmt vatten. Kallt vatten är tyngre än varmt vatten och när det rinner ner till värmeväxlaren tränger det undan det varma vattnet uppåt i röret. Ingångspunkten för “returledningen” måste vara lägre än vattenutloppen från värmeelementen, annars blir vattencirkulationen mycket långsam eller uteblir helt.

Accelerationskollektor är nödvändig även för korta värmekretsar vid naturlig cirkulation.

För att öka vattnets hastighet i värmekretsen installeras en cirkulationspump. På så sätt sker en snabbare och jämnare värmefördelning i hela huset. Man kan samtidigt använda flera pumpar för olika värmekretsar.

Vid spänningsvariationer är det nödvändigt att använda en spänningsstabilisator, eftersom ett pumpfel kan få allvarliga konsekvenser för hela systemet.

Pumpar kan grovt delas in i två grupper baserat på motorposition: med “torr” rotor och “våt” rotor. Efter spänningstyp: modeller som arbetar på 220 V nätspänning och pumpar som drivs av 12 V strömkällor.

Motorn i pumpar med “torr” rotor är isolerad från den vattennedsänkta pumphjulskivan med tätningsringar. Jämfört med pumpar med nedsänkt motor har “torra” pumpar högre verkningsgrad.

Bland nackdelarna kan nämnas hög ljudnivå, behov av regelbundet underhåll och kortare motorns livslängd. Därför använder man i privata hus oftast cirkulationspumpar med “våt” rotor.

Valet av pumpens strömtyp beror på möjligheten till naturlig vattencirkulation i systemet. Om den är omöjlig utan pumpen, bör valet göras till förmån för ett alternativ med stöd för 12 V spänning och en avbrottsfri strömkälla.

Annars, vid strömavbrott, kan vattnet koka och systemet skadas. Om naturlig cirkulation är möjlig är det bättre att köpa ett vanligare och billigare alternativ med 220 V nätspänning.

Genom att ansluta en pump med 12 volt till en avbrottsfri strömkälla behöver man inte oroa sig för att värmesystemet fungerar.

Vid installation av en pump med 220 V måste man ordna möjlighet för värmesystemet att fungera vid strömavbrott. För detta sätter man en avstängningsventil på röret och vid sidan om den monterar man ett bypassrör med pumpen (den så kallade “bypass”).

På bypassröret före pumpen sätter man en filterventil och efter det en avstängningsventil. Genom att justera avstängningsventilernas läge på huvudröret och bypassröret kan man växla mellan forcerad och naturlig cirkulation.

Som regel installeras pumpen på “returledningen” nära kaminen för att vätsketemperaturen som passerar genom enheten ska vara så låg som möjligt. Detta förlänger pumpens livslängd avsevärt.

Dessutom bör man placera så många styrelement som möjligt för värmesystemet på samma plats, så att man vid nödsituationer snabbt kan vidta åtgärder för att åtgärda dem.

Montering av bypassrör (bypass) gör att värmesystemet kan fungera vid strömavbrott och gör det även möjligt att ta bort pumpen utan att tömma vattnet.

Regler för användning av expansionskärl

Vätskan expanderar vid uppvärmning, och om det sker i ett slutet system ökar trycket kraftigt inuti, och tryckökningen riskerar att orsaka vattengenombrott. Användning av en säkerhetsventil är inte ändamålsenlig, eftersom efter att vattnet svalnat och dess volym minskat kommer luft att dras in i systemet.

Därför används i värmekretsar med påtvingad vattencirkulation speciella expansionskärl, som finns av öppen eller sluten typ. Deras volym beräknas inte bara utifrån vätskans maximala termiska expansion (5-7%), utan även med hänsyn till risken för kokning i systemet.

En öppen tank utrustar vattenkretsen för gravitationsbaserad vedeldningsvärme, det vill säga med naturlig transport av värmebäraren. Det är en metallbehållare av godtycklig form placerad högst upp i värmekretsen. Den är direkt öppen mot atmosfären, vilket gör att en del av värmebäraren avdunstar.

Rörledningen ansluts till botten eller den nedre fjärdedelen av tanken, och en stut svetsas på toppen för att leda bort vatten vid överflöd och för luftning av systemet. Praktiken visar att volymen på en öppen tank bör vara minst 15 % av vattenvolymen i värmesystemet.

Ett expansionskärl av öppen typ placeras vanligtvis i ett teknikrum och dess utseende har ingen betydelse.

En tank av sluten eller membran typ är en sluten behållare med ett membran inuti. När vattnet värms upp ökar trycket, membranet sträcks och vatten kommer in i tanken. Om trycket överskrids aktiveras automatiken och överskott av värmebärare släpps ut i avloppet.

Efter den första avtappningen finns det oftast ingen anledning till ytterligare avtappning, eftersom värmebärarens volym då är lika med systemets volym.

En sluten membranbehållare monteras framför pumpen. Till skillnad från en öppen tank kan denna inte själv avlägsna luft, därför måste en Mayevskiventil (manuell luftavledare) eller dess automatiska motsvarighet installeras högst upp i värmekretsen.

Den enda delen av en membranbehållare som kan gå sönder med tiden är membranet, så det är bäst att köpa en tank med möjlighet att byta ut det.

När du köper en sluten tank, som ibland kallas hydroackumulator, är det viktigt att inte förväxla den med en hydroackumulator för vattenförsörjning.

För en membranbehållare som används i värmesystem är arbetstemperaturen upp till 120°C och trycket upp till 3 Bar. För vattenförsörjning används tankar med temperatur upp till 70°C och tryck upp till 10 Bar.

Val mellan rör och radiatorer

Som vattenkrets i vedeldningsvärme kan man använda ett system av plaströr med radiatorer (element) eller ett system av metallrör. Den främsta fördelen med radiatorer är att de ser snyggare ut jämfört med massiva luftkanaler.

Plaströrledningar kan lätt döljas i golvet eftersom de inte avger värme. Även om reglerna kräver att vattenburen värme ska vara öppen. Men polymerrör har begränsningar: de får inte läggas där det finns risk för smältning eller direkt UV-strålning.

Fördelen med metallrör är lägre pris för hela värmekretsen, enkel installation och färre problem vid systemdrift.

Användning av metallvärmerör istället för radiatorer med metallplastanslutning är motiverat om den estetiska aspekten av rummets design inte är viktig.

En stor fördel med radiatorsystem är enkel temperaturreglering. Även de mest exakta beräkningarna av rumstemperatur kan justeras. Till exempel rekommenderas en temperatur på 19-21°C för ett litet barn under 6 månader, medan 25°C anses vara en behaglig temperatur i resten av huset.

För att upprätthålla en sådan temperatur under en längre tid i rummet måste man helt eller delvis stänga ventilen för värmetillförsel till en av radiatorerna. Vid metallrör kan problemet också lösas, men på ett mer komplicerat sätt: minska värmeavgivningen från rörsegmentet med hjälp av polyuretanskal eller folieskal.

Ett annat alternativ för värmekretsen är vattengolvvärme. Det är en mycket bekväm form av värmetillförsel för människor, men installationen av golvvärme är betydligt mer arbetskrävande än de tidigare alternativen.

Dessutom finns det vid golvvärme ingen möjlighet att skapa lutning för naturlig vattencirkulation, vilket tillsammans med den lilla diametern på golvvärmerören leder till att en cirkulationspump måste användas.

För att pressa vattnet genom golvvärmerören måste en pump användas, naturlig cirkulation fungerar inte med denna geometri på värmesystemet.

Förhindrande av frysning av värmesystemet

Användning av vatten som värmebärare har en nackdel – om värmesystemet fryser kan rör och apparater skadas. Särskilt svårt är det att återställa värmeväxlaren som är integrerad i ugnen.

Detta problem är relevant för hus som kan vara ouppvärmda under långa perioder på vintern. Ett sätt att förhindra skador på systemet är att använda frostskyddsmedel avsett för värmesystem istället för vatten.

För bostadsutrymmen används vätskor baserade på propylenglykol som frostskyddsmedel, eftersom det är giftfritt till skillnad från etylenglykol.

Men idén att använda frostskyddsmedel har sina nackdelar:

• frostskyddsmedel baserat på propylenglykol är dyrt (från 8 kr/liter);
• Den specifika värmekapaciteten hos frostskyddsmedel är lägre än vatten (cirka 15 %), därför krävs större ugnseffekt och större yta på rumsvärmarna;
• Frostskyddsmedel har högre dynamisk viskositet än vatten, därför krävs en kraftfullare cirkulationspump, och naturlig cirkulation är inte möjlig;
• vid uppvärmning expanderar frostskyddsmedlet upp till 40%, därför måste en stor expansionstank av sluten typ användas;
• propylenglykol är mycket flytande, så det tränger igenom skarvar i värmesystemet som vatten inte kan tränga igenom;
• propylenglykol är oförenligt med galvaniserade rör eftersom frostskyddstillsatserna förlorar sina egenskaper vid kontakt;
• vid kokning av frostskyddsmedlet (vilket är troligt vid användning av kaminer) sker en irreversibel kemisk reaktion, vilket gör att hela systemet måste tömmas och frostskyddsmedlet fyllas på nytt.

För frostskyddsmedel måste värmesystemet beräknas i förväg – att använda det i projekt som är utformade för vatten är ganska problematiskt.

Dessutom kommer ett projekt med frostskyddsmedel att vara betydligt dyrare än ett vattenvärmesystem. Därför har dess användning ännu inte blivit utbredd i privata hus med kaminvärme, och andra metoder används för att förhindra frysning.

När du väljer vätska för värmesystemet måste du tänka på inte bara fysikalisk-kemiska egenskaper utan också dess fara för omgivningen

Att tömma vatten ur kretsen och manteln eller kaminens register är den vanligaste lösningen på problemet vid lång frånvaro av husägarna. Förutom extraarbete måste man räkna med att luft får tillgång till systemets metallelement från insidan och som följd spridning av korrosion.

Som en tillfällig lösning under kort tid används också integration av en elpanna med låg effekt i värmekretsen. Dess arbete på minimal energiförbrukning kan tillfälligt upprätthålla en positiv vattentemperatur.

En elpanna med låg effekt ansluten till värmesystemet kan upprätthålla en positiv vattentemperatur vid lång frånvaro av ägarna.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Ett fungerande värmesystem baserat på kamin och vattenkrets i ett privat hus med en yta på 80 kvadratmeter:

Värmetillförseln till värmesystemet från kaminer och eldstäder sker i portioner, vilket försvårar beräkningen av parametrarna för värmekretsens komponenter. Att göra omkretsningsarbeten är ganska problematiskt, så vid brist på erfarenhet inom detta område är det bättre att vända sig till specialister med kompetens att lösa sådana uppgifter.

Har du erfarenhet av att organisera kaminvärme? Eller värmer du ditt hus på det sättet och skulle vilja dela med dig av dina erfarenheter av att använda kaminen? Vänligen lämna kommentarer och ställ frågor. Feedbackformuläret finns nedan.