Kako napraviti pećno grijanje u privatnoj kući sa zračnim ili vodenim krugovima

Postoji mnogo načina grijanja privatne kuće povezanih s korištenjem plina i električne energije. No unatoč obilju suvremenih metoda, pećno grijanje još uvijek je aktualno pri uređenju seoskih kuća i vikendica.

Slažete se, ništa tako ne naglašava kolorit ruske izbe kao peć na drva. Osim toga, grijanje na kruta goriva smatra se jednim od ekonomičnih opcija.

Organizaciju sustava grijanja započinju odabirom pećne opreme i određivanjem vrste kruga grijanja. Predlažemo da se upoznate s uređajem i principima funkcioniranja vodenog i zračnog grijanja na bazi peći. Radi boljeg razumijevanja pitanja dopunili smo materijal shemama i preglednim fotografijama.

Grijanje pomoću zračnog sustava

Razlog trajne sklonosti koju vlasnici privatnih kuća daju pećnoj opciji grijanja leži u ekonomičnosti rada – dostupnosti drva, briketa za gorivo ili ugljena.

Nedostatak se sastoji u ograničenosti obrađenog prostora, koji se može ukloniti postavljanjem vodenog i zračnog sustava na osnovi zidanog agregata.

Specifičnost uređaja grijanja niskih zgrada peći prikazana je u foto-galeriji:

Princip funkcioniranja zračnog grijanja na bazi peći ili kamina sastoji se u prijenosu toplog toka, zagrijanog do radne temperature u izmjenjivaču topline ili u kotlu. Zrak ulazi ili izravno u prostoriju ili kroz zračne kanale.

Zahvaljujući relativno malom putu, on ne stigne izgubiti temperaturu. Kao rezultat toga postiže se ravnomjerna raspodjela topline po kući.

Komoru za zagrijavanje zraka postavljaju iznad ložišta kako bi vruća gornja površina ložišta i dimnjak prenosili maksimalnu količinu topline. Cirkulacija zraka odvija se prirodno ili uz pomoć ventilatora.

Čelična peć tvorničke proizvodnje za grijanje prostora površine 120 m² pomoću zračnih tokova košta oko 120 €.

Prirodna cirkulacija događa se kao rezultat razlike u gustoći hladnog i vrućeg zraka. Hladni zrak, ulazeći u komoru za grijanje, istiskuje vrući u zračne kanale.

Takav način ne zahtijeva električnu energiju, međutim, pri nedovoljno brzom kretanju zraka kroz komoru za zagrijavanje, on se jako zagrije, što može izazvati probleme.

Zračno grijanje s prirodnim kretanjem zagrijanog zraka podrazumijeva ugradnju zračnih kanala za usmjereno kretanje. U prisilnim varijantama pomicanje zraka potiče ventilator (+).

Prisilna cirkulacija događa se korištenjem ventilatora ili crpki. Međutim, grijanje prostorija događa se brže i ravnomjernije. Kod prisilne ventilacije, reguliranjem njezina režima, lako se može upravljati količinom zraka koji se dovodi u različite prostorije, time određujući mikroklimu pojedinačnih soba kuće.

Prema vrsti dovoda hladnog zraka, sustavi se dijele na dvije vrste:

• S potpunom recirkulacijom. Zagrijane zračne mase izmjenjuju se s ohlađenima unutar jedne prostorije. Nedostatak sheme je u tome što kvaliteta zraka opada pri prolasku svakog ciklusa grijanja/hlađenja.
• S djelomičnom recirkulacijom. Uzima se dio svježeg zraka izvana koji se miješa s dijelom zraka iz prostorije. Nakon zagrijavanja, mješavina dviju zračnih porcija isporučuje se korisniku. Prednost je u stabilnoj kvaliteti zraka, nedostatak u ovisnosti o električnoj energiji.

Jasno je da prvoj skupini pripadaju kanalski sustavi s prirodnim kretanjem zračnog nositelja topline. Drugoj skupini pripadaju inačice s prisilnim kretanjem zraka, za čije kretanje nije nužno izgraditi mrežu zračnih kanala.

Dotok zraka izvana daje sustavu s prirodnom cirkulacijom dodatni impuls, što omogućuje da se prođe bez upotrebe ventilatora.

Glavne prednosti zračnog grijanja u usporedbi s vodenim:

• visoka učinkovitost;
• bezotkaznost;
• odsutnost radijatora u prostorijama.

Uređaj kruga s prisilnim kretanjem omogućuje da se prođe bez izgradnje sustava zračnih kanala. Uz to, ovu inačicu moguće je kombinirati s klimatizacijom, vlaženjem i ionizacijom zraka.

Ako se ne planira instalacija uređaja koji potiče kretanje zagrijanog zraka, tada se za povećanje učinkovitosti peći koriste sljedeći načini:

Povećanje stupnja korisnog djelovanja (učinkovitosti) spontano će povećati brzinu kretanja zračnog toka: što se brže zrak zagrijava, to se intenzivnije događa izmjena ohlađene i zagrijane zračne mase.

Glavni nedostaci zračnog grijanja u usporedbi s vodenim:

• pri korištenju peći temperatura dovedenog zraka ima značajan raspon, za razliku od korištenja drugih sredstava grijanja;
• zračni kanali imaju veliki promjer, stoga je montažu potrebno provesti u fazi izgradnje;
• poželjno je smjestiti peć u podrumsku prostoriju, inače je potrebno koristiti ventilatore koji proizvode buku.

Kretanje zraka u prostoriji ima negativnu stranu – diže prašinu, međutim korištenje filtara na izlazu iz zračnog kanala omogućuje učinkovito hvatanje te prašine, čime se smanjuje ukupna količina prašine u kući.

Druga posebnost zračnog grijanja, koja ima pozitivne i negativne strane, jest brzina prijenosa topline. S jedne strane – prostorije se zagrijavaju brže nego kod grijanja pomoću vodenog kruga, s druge strane nedostaje toplinska inercija – čim peć ili kamin ugasne, prostorija se odmah počinje hladiti.

Za osiguranje ravnomjernog tlaka u bočnim granama zračnog kanala potrebno je izbjeći njihovo uključivanje u posljednjih pola metra glavnog zračnog kanala

Za razliku od vodenog grijanja, montaža sustava zračnog grijanja ne predstavlja nikakvu poteškoću. Svi elementi (cijevi, koljena, ventilacijske rešetke) mogu se jednostavno spojiti bez zavarivačkih radova. Postoje fleksibilni zračni kanali koji mogu poprimiti bilo koji oblik, ovisno o geometriji prostorija.

Unatoč tome, sustavi zračnog grijanja na bazi peći ili kamina nisu još dobili široku primjenu. Mnogo češće se u individualnoj niskogradnji za grijanje prostorija primjenjuje vodeni krug.

Na bazi peći ili kamina s opečnim ili čeličnim ložištem može se urediti i zračno i vodeno grijanje

Uređaj vodenog grijanja na osnovi peći

Načela rada bilo kojeg vodenog grijanja temelje se na raspodjeli topline od lokalnog izvora po cijeloj prostoriji, pomoću kretanja vode kroz krug grijanja.

Osnovni elementi vodenog grijanja

Za shemu pećnog grijanja s vodenim krugom osnovni elementi su:

• peć ili kamin s izmjenjivačem topline, u kojem se zagrijava voda;
• krug grijanja, gdje se toplina predaje prostoriji;
• ekspanzijska posuda za sprječavanje oštećenja sustava uslijed porasta tlaka;
• cirkulacijska pumpa za osiguranje kretanja vode kroz krug.

Postoje opća pravila funkcioniranja vodenog grijanja, poput shema razvoda, koja su dobro poznata i kojih se treba pridržavati. Međutim, pri korištenju peći kao izvora topline postoje specifični zahtjevi povezani s posebnošću temperaturnog režima.

Princip rada vodenog grijanja na bazi peći ili kamina nije složen, međutim potrebno je točno izračunati parametre svih elemenata sustava

Peći se ne zagrijavaju brzo i polako se hlade, dolazi do nejednolikog otpuštanja topline i samo ispravna instalacija svih komponenti sustava omogućit će izbjegavanje problema s kvalitetnim grijanjem prostorija kuće.

Vrste izmjenjivača topline i načini smještaja

Za izradu izmjenjivača topline za peći koristi se limeni “crni” čelik ili vatrootporni nehrđajući čelik. Primjena lijevanog željeza kao materijala za proizvodnju je otežana, ali se mogu koristiti gotovi proizvodi od lijevanog željeza, poput radijatora od lijevanog željeza.

Moguća je uporaba bakra, koji ima bolju toplinsku vodljivost u usporedbi s čelikom, no cijena takvog uređaja bit će visoka. Izmjenjivač topline preporučuje se izrađivati od čelika debljine od 3 mm. Pri visokim temperaturama peći, koje nastaju pri korištenju ugljena ili, pogotovo, koksa, potrebno je koristiti čelik debljine 5 mm.

Izmjenjivače topline okvirno možemo podijeliti u tri vrste:

• registri, zmijoliki i radijatori, koji se sastoje od seta cijevi;
• košuljice (kotlovi), zavareni od limenog čelika;
• kombinirana varijanta u obliku vertikalnih stijenki povezanih cijevima (takozvane “knjige”).

Košuljice od limenog čelika jednostavnije je izraditi i lakše ih je čistiti od produkata izgaranja goriva, no cjevaste konstrukcije imaju veću površinu grijanja. Pri izradi košuljice treba uzeti u obzir prekomjerni tlak vode koji nastaje pri korištenju membranske ekspanzijske posude ili dizanja vode na veću visinu.

Izmjenjivač topline za vodeno grijanje na bazi peći može se napraviti od dostupnih materijala:

U tom je slučaju potrebno koristiti čelik debljine najmanje 5 mm i dodatno ojačati stijenke ukrućenjima kako bi se izbjegla njihova deformacija.

Oblici cjevastih konstrukcija mogu biti različiti, no potrebno je poštivati uvjet da unutarnji promjer cijevi bude najmanje 3 cm. U suprotnom, pri sporoj brzini cirkulacije ili previsokoj temperaturi, vjerojatno je vrenje vode.

Registri se u pravilu izrađuju od profilnih, a ne okruglih cijevi, kako bi se olakšali zavarivački radovi.

Izmjenjivač topline potrebne veličine možete izraditi sami. U tom slučaju treba posvetiti povećanu pozornost kvaliteti zavarivanja. Ako dođe do curenja izmjenjivača topline, sva voda će se izliti u peć.

Osim toga, za otklanjanje problema bit će potrebno obaviti veliku količinu posla: rastaviti peć, izvaditi, zavariti i vratiti izmjenjivač topline, a zatim ponovno sastaviti peć.

Postoje dvije mogućnosti postavljanja izmjenjivača topline. U prvom slučaju smješta se izravno u ložište, znatno sužavajući njegov prostor. U drugom – registri se ugrađuju u kapu bezobratnih peći, ali sama peć u tom slučaju ima složeniju konstrukciju.

U slučaju peći s kapom, bolje je smjestiti izmjenjivač topline u kapu: tamo je također vruće, a prostor ložišta će ostati nepromijenjen.

Prilikom ugradnje cijevnog tipa izmjenjivača topline potrebno je ostaviti razmak između njega i stijenke peći. To je potrebno za bolje zagrijavanje toplinskog medija, kao i mogućnost čišćenja registra. I košuljice i registre potrebno je povremeno čistiti, jer u slučaju jakog začepljenja pepelom smanjuje se učinkovitost izmjene topline.

U slučaju ploče za kuhanje, čišćenje se obavlja nakon njenog skidanja. Ako peć ima samo funkciju grijanja, tada se čišćenje obavlja kroz vrata ložišta.

Cirkulacija vode u krugu grijanja

Osnovna načela organizacije prirodne cirkulacije vode u sustavu sastoje se u modeliranju “kolektora ubrzanja” na izlazu iz izmjenjivača topline i u stvaranju stalnog nagiba cijevi kruga grijanja od 3-5°.

Opći smisao “kolektora ubrzanja” jest da se od peći zagrijana voda diže vertikalno prema gore, a zatim se raspoređuje po krugu grijanja.

Cirkulacija se odvija zbog razlike u specifičnoj težini hladne i tople vode. Hladna voda je teža od tople, i slijevajući se prema izmjenjivaču topline, istiskuje toplu vodu prema gore kroz cijev. Točka ulaza “povrata” mora biti niža od izlaza vode iz radijatora grijanja, inače će cirkulacija vode biti vrlo spora ili je uopće neće biti.

Kolektor ubrzanja je neophodan čak i za male duljine krugova grijanja u slučaju korištenja prirodne cirkulacije

Za povećanje brzine kretanja vode kroz krug grijanja ugrađuje se cirkulacijska pumpa. Na taj način dolazi do brže i ravnomjernije raspodjele topline po kući. Istovremeno se može koristiti više pumpi za različite krugove grijanja.

U slučaju naponskih skokova potrebno je koristiti stabilizator napona, jer kvar pumpe može imati ozbiljne posljedice za cijeli sustav.

Pumpe se uvjetno mogu podijeliti u dvije skupine s obzirom na položaj motora: s “suhim” rotorom i “mokrim” rotorom. Prema vrsti napona: modeli koji rade na mrežu od 220 V i pumpe koje funkcioniraju na izvore napajanja od 12 V.

Motor u crpkama s “suhim” rotorom izoliran je od impelera uronjenog u vodu brtvenim prstenovima. U usporedbi s crpkama s motorom uronjenim u vodu, “suhe” crpke imaju veću učinkovitost.

Međutim, među nedostatke mogu se ubrojiti visoka razina buke, potreba za redovitim održavanjem i manji radni vijek. Stoga se u privatnoj kući u pravilu koriste cirkulacijske crpke s “mokrim” rotorom.

Izbor vrste napajanja crpke ovisi o mogućnosti prirodne cirkulacije vode u sustavu. Ako ona nije moguća bez sudjelovanja crpke, tada treba odabrati varijantu s podrškom napona od 12 V i besprekidnim izvorom napajanja.

Inače, u slučaju nestanka struje moguće je vrenje vode i kvar sustava. Ako je prirodna cirkulacija moguća, bolje je kupiti rašireniju i jeftiniju varijantu s napajanjem iz mreže od 220 V.

Spajanjem crpke napona 12 volti na besprekidni izvor napajanja ne morate se bojati za funkcioniranje sustava grijanja.

Prilikom ugradnje crpke s napajanjem od 220 V potrebno je osigurati mogućnost rada sustava grijanja pri nestanku struje. U tu svrhu na cijev se ugradjuje zaporni ventil, a zaobilazno se montira obilazna cijev s crpkom (tzv. “bypass”).

Na obilaznoj cijevi ispred crpke ugradjuje se ventil-filter, a nakon nje zaporni ventil. Podešavanjem položaja zapornih ventila na glavnoj i obilaznoj cijevi može se uključiti način prisilne i prirodne cirkulacije.

U pravilu se crpka ugrađuje na “povratnom vodu” blizu peći kako bi temperatura tekućine koja prolazi kroz uređaj bila što niža. To će znatno produžiti vijek trajanja crpke.

Osim toga, potrebno je smjestiti što je moguće više upravljačkih elemenata sustava grijanja na jedno mjesto kako bi se u slučaju hitnih situacija moglo brzo poduzeti mjere za njihovo otklanjanje.

Montaža obilazne cijevi (bypass) omogućuje rad sustava grijanja pri nestanku struje, također omogućuje uklanjanje crpke bez ispuštanja vode.

Pravila korištenja ekspanzijske posude

Tekućina se pri zagrijavanju širi, a ako se to događa u zatvorenom sustavu, tlak će unutar njega jako porasti, a porast tlak prijeti probojem vode. Korištenje sigurnosnog ventila nije svrhovito jer će se nakon hlađenja vode i smanjenja njezina volumena u sustav uvći zrak.

Stoga se u krugovima grijanja s prisilnim kretanjem vode koriste posebne ekspanzijske posude, koje mogu biti otvorenog ili zatvorenog tipa. Njihov se volumen izračunava ne samo na temelju maksimalnog toplinskog širenja tekućine (5-7%), već i uzimajući u obzir mogućnost ključanja sustava.

Posuda otvorenog tipa oprema vodeni krug pećnog grijanja gravitacijskog tipa, odnosno s prirodnim transportom toplinskog medija. Predstavlja metalni spremnik proizvoljnog oblika, smješten na samom vrhu kruga grijanja. Izravno je povezana s atmosferom, zbog čega toplinski medij djelomično isparava.

Cjevovod se spaja na dno ili donju četvrtinu posude, a na vrh se zavaruje priključak za odvod vode u slučaju prelijevanja i ispuštanje zraka iz sustava. Praksa pokazuje da volumen posude otvorenog tipa treba iznositi najmanje 15% volumena vode u sustavu grijanja.

Ekspanzijska posuda otvorenog tipa obično se smješta u tehničku prostoriju i njen izgled nije važan.

Posuda zatvorenog ili membranskog tipa je zatvorena posuda s membranom unutra. Voda se zagrijavanjem povećava tlak, rasteže membranu i ulazi u posudu. U slučaju prekomjernog tlaka aktivira se automatika i višak toplinskog medija ispušta se u kanalizaciju.

Nakon prvog ispuštanja obično više nema razloga za njegovo ponovno događanje, jer volumen toplinskog medija postaje jednak volumenu sustava.

Zatvoreni membranski spremnik montira se ispred pumpe. Takav spremnik, za razliku od posude otvorenog tipa, ne može se sam riješiti zraka, stoga je na vrhu kruga grijanja potrebno ugraditi ventil Maevskog (mehanički odzračivač) ili njegov automatski ekvivalent.

Jedini element membranske posude koji s vremenom može otkazati jest membrana, stoga je bolje kupiti posudu s mogućnošću njezine zamjene.

Pri kupnji posude zatvorenog tipa, koja se ponekad naziva hidroakumulatorom, najvažnije je ne zamijeniti je s hidroakumulatorom za vodoopskrbu.

Za membransku posudu koja se koristi u grijanju, radna temperatura iznosi do 120 °C, a tlak do 3 bara. Za vodoopskrbu koriste se posude s temperaturom do 70 °C i tlakom do 10 bara.

Izbor između cijevi i radijatora

Kao vodeni krug u pećnom grijanju može se koristiti sustav plastičnih cijevi s radijatorima (baterijama) ili sustav metalnih cijevi. Glavna prednost korištenja radijatora jest što izgledaju ljepše u usporedbi s masivnim zračnim kanalima.

Plastičnu razvodnu mrežu možete bez poteškoća sakriti u pod jer ne odaje toplinu. Iako prema pravilima razvodna mreža vodenog grijanja mora biti otvorena. Međutim, polimerni cjevovodi imaju ograničenja: ne mogu se postavljati tamo gdje postoji opasnost od topljenja i izravnog djelovanja UV zračenja.

Prednost metalnih cijevi je u nižoj cijeni cijelog kruga grijanja, jednostavnosti montaže i rjeđim problemima tijekom rada sustava.

Korištenje metalnih cijevi za grijanje umjesto sustava radijatora s metal-plastičnim priključcima opravdano je ako estetska komponenta dizajna prostorije nije važna.

Značajna prednost sustava s radijatorima je jednostavnost podešavanja temperature. Čak i najtočniji izračuni temperaturnog režima prostorije mogu se korigirati. Na primjer, malom djetetu do 6 mjeseci preporučuje se temperatura 19-21°C, dok se ugodnom temperaturom u ostatku kuće smatra 25°C.

Kako bi se osigurala takva temperatura kroz duže vremensko razdoblje, u sobi je potrebno potpuno ili djelomično zatvoriti ventil za dovod topline do jednog od radijatora. U slučaju metalne cijevi, problem se također može riješiti, ali na složeniji način: smanjenjem toplinske predaje segmenta cijevi pomoću poliuretanske pjene ili folijske ljuske.

Još jedna mogućnost kruga grijanja može biti vodeni topli pod. To je vrsta opskrbe toplinom koja je vrlo ugodna za ljudski osjećaj, međutim montaža toplog poda znatno je zahtjevnija od prethodno razmatranih opcija.

Osim toga, pri korištenju toplog poda nije moguće osigurati nagib za prirodnu cirkulaciju vode, što u kombinaciji s malim promjerom cijevi toplog poda dovodi do obveznog uvjeta korištenja cirkulacijske pumpe.

Da bi se voda progurala kroz cijevi toplog poda, potrebno je koristiti pumpu; prirodna cirkulacija neće raditi s takvom geometrijom sustava grijanja.

Sprječavanje smrzavanja sustava grijanja

Korištenje vode kao toplinskog medija ima jedan nedostatak – u slučaju smrzavanja sustava grijanja oštetit će se cjevovod i uređaji. Posebno je teško u tom slučaju obnoviti izmjenjivač topline integriran u peć.

Ovaj problem je aktualan za kuće koje se zimi mogu dugotrajno ne grijati. Jedan od načina da se spriječi oštećenje sustava jest korištenje antifriza namijenjenog sustavima grijanja umjesto vode.

Za stambene prostore kao antifriz koriste se tekućine na bazi propilen glikola, kao netoksične tvari za razliku od etilen glikola.

Međutim, ideja korištenja antifriza ima svoje nedostatke:

• antifriz na bazi propilen glikola skup je (od 0,8 €/litru);
• specifični toplinski kapacitet antifriza manji je nego vode (otprilike za 15%), stoga je potrebna veća snaga peći i veća površina uređaja za grijanje prostorija;
• antifriz ima veću dinamičku viskoznost od vode, stoga je potrebna snažnija cirkulacijska pumpa, a prirodna cirkulacija nije moguća;
• Pri zagrijavanju antifriz se širi do 40%, stoga je potrebno koristiti veliki ekspanzijski spremnik zatvorenog tipa;
• Propilenglikol je vrlo tekuć, stoga prodire kroz spojeve u sustavu grijanja kroz koje voda ne prodire;
• Propilenglikol nije kompatibilan s pocinčanim cijevima jer pri kontaktu aditivi antifriza gube svojstva;
• Pri vrenju antifriza (što je vjerojatno kod korištenja peći) događa se nepovratna kemijska reakcija, zbog čega će se cijeli sustav morati isprazniti i ponovno napuniti antifrizom.

Za antifriz je potrebno unaprijed izračunati sustav grijanja – njegovo korištenje u projektima koji su izvedeni za vodu prilično je problematično.

Osim toga, projekt s upotrebom antifriza bit će znatno skuplji od sustava vodenog grijanja. Stoga njegova uporaba još nije široko prihvaćena u privatnim kućama s grijanjem na peći, a za sprječavanje smrzavanja koriste se druge metode.

Pri odabiru tekućine za sustav grijanja potrebno je uzeti u obzir ne samo fizikalno-kemijske karakteristike, već i njezinu opasnost za okolinu.

Ispuštanje vode iz kruga i košuljice ili registra peći najčešće je rješenje problema pri duljem odsustvu vlasnika kuće. Osim dodatnog posla, nedostaci ove metode uključuju pristup zraka metalnim elementima sustava s unutarnje strane i, kao posljedicu, širenje korozije.

Također, kao rješenje problema na kratko vrijeme, koristi se integracija električnog kotla male snage u krug grijanja. Njegov rad na minimalnoj razini potrošnje energije može privremeno održavati pozitivnu temperaturu vode.

Električni kotao male snage priključen na sustav grijanja može održavati pozitivnu temperaturu vode u slučaju duljeg odsustva vlasnika.

Zaključci i koristan video na temu

Radni sustav grijanja na bazi peći i vodenog kruga u privatnoj kući površine 80 četvornih metara:

Dovod topline u sustav grijanja s peći i kamina odvija se u obrocima, što otežava zadatak izračuna parametara elemenata kruga grijanja. Provođenje radova na preinaci kruga prilično je problematično, stoga je u nedostatku iskustva u ovom području bolje obratiti se stručnjacima koji imaju vještine za rješavanje takvih zadataka.

Imate li iskustva u organizaciji grijanja na peći? Ili na taj način grijete svoj dom i željeli biste podijeliti dojmove o korištenju peći? Molimo vas, ostavljajte komentare i postavljajte pitanja. Obrazac za povratne informacije nalazi se u nastavku.