Владельцы классических дровяных каминов хорошо знают, что сам по себе этот генератор тепла способен обогреть лишь то помещение, где он установлен, и, возможно, еще одну или несколько смежных комнат. Однако напрашивающийся вывод о том, что на основе данного устройства нельзя построить полноценную отопительную систему всего частного дома, является неверным: справиться с поставленной задачей поможет водяной контур.
Идея использовать обычную, хотя и несколько доработанную печную топку для нагрева воды и подачи ее в радиаторы отопления родилась довольно давно. Этот метод позволял, во-первых, решить проблему неравномерности распространения тепла по дому, а во-вторых, заметно повысить теплоемкость всей системы. Однако подобные конструкции в России изготовлялись, как правило, кустарным способом, а специалистов, которые могли бы правильно рассчитать, смонтировать и профессионально обслуживать такие отопительные установки, попросту не было. Кроме того, отсутствовали эффективные и экономичные, а главное, тихие циркуляционные насосы, обеспечивающие необходимую скорость прохождения жидкости внутри теплообменника. Но времена изменились, и на сегодняшний день никаких технологических преград для использования дровяной топки в качестве генератора тепла, способного обогреть весь дом, не существует.
Фото 1. Камин в стиле модерн сделан на основе топки Kratki с водяным контуром.
Фото 2. Каминная печь Caldea Wood от Jolly Mec снабжена водяным контуром и духовкой.
Фото 3. Стальной кожух защищает трубки водяной части камина Koppe от случайного повреждения, оставляя доступными лишь присоединения отопительных трубопроводов и клапаны безопасности.
Фото 4. Дровяная печь-камин KAGO модели Aquapower с отделкой из нержавеющей стали весит 220 кг и обладает тепловой мощностью 6.8 кВт.
Игра живого пламени
Разработчики дровяных каминов с водяным контуром, иногда называемым водяным регистром, преследовали цель совместить завораживающую красоту живого пламени в топке с высокой эффективностью современных жидкостных систем отопления. На рынке имеются две разновидности таких изделий: это печи-камины, то есть полностью готовые к использованию конструкции, которые остается только смонтировать в нужном месте, подключив к дымоходу и отопительному контуру, а также каминные вставки — основа для более сложных систем. Первые отличаются простотой установки и относительно низкой стоимостью, вторые же позволяют будущему владельцу сделать свой очаг уникальным, придав ему индивидуальность, которая, впрочем, наверняка потребует существенных финансовых вложений.
С точки зрения внутреннего устройства отопительные приборы обоих типов напоминают твердотопливные котлы, работающие на дровах. Тепло, выделяющееся в процессе горения, передается циркулирующей жидкости, которая проходит либо по каналу над камерой сгорания, где поддерживается наиболее высокая температура, либо между ее задней стенкой и внешним кожухом конструкции, что увеличивает площадь поверхности теплообмена без ущерба для габаритов всего сооружения. Внешне это полноценные камины или печи-камины, не уступающие своим аналогам без водяного контура ни по дизайну, ни по богатству выбора облицовок.
Идентичны и материалы, используемые при изготовлении подобных изделий: топки делают из стали либо чугуна. Стальные модели характеризуются хорошей теплопроводностью, которая при наличии водяного теплообменника считается, пожалуй, одной из важнейших характеристик. Ну а футеровка шамотом или вермикулитом предохраняет стенки топочной камеры от прямого контакта с огнем, защищая их от прогорания. Чугун же является довольно хрупким сплавом, плохо выдерживающим динамические (ударные) нагрузки: он может треснуть или расколоться, в то время как сталь при аналогичном механическом воздействии просто сомнется. Такое положение вещей вынуждает производителей увеличивать толщину основных (несущих) деталей чугунных топок, дабы придать им необходимый запас прочности. Как следствие, заметно возрастает масса изделия — кстати, сам по себе чугун лишь незначительно отличается от стали по удельному весу.
Фото 1. Теплонакопительный камин S6 от Schmid на основе топки Olsberg Profi plus.
Фото 2. Печь-камин MCZ модели Musa (модификация Hydro) рассчитана на использование пеллет, что позволяет автоматизировать её работу за счет встроенного программируемого термостата, который управляет процессом горения топлива и поддерживает заданную температуру жидкости в присоединенном водном контуре.
Фото 3. Печь-камин HWAM Monet предполагает заднее или верхнее присоединение дымохода.
Фото 4. Пеллетная печь-камин ORANIER модели Solarus (10 кВт) со встроенным термостатом.
Фото 5. Каминная вставка Jolly Meс модели Foghet работает на дровах либо пеллетах и за счет водяного теплообменника может отапливать помещения площадью до 270 м².
Фото 6. Широкая стальная топка Kratki модели Mila/PW/24/G номинальной тепловой мощностью 24 кВт и массой 220 кг с подъемной дверцей и прямым стеклом.
Автоматизация и безопасность
К сожалению, в отличие от своих газовых, жидкотопливных и электрических «собратьев» твердотопливные генераторы тепла (за исключением, возможно, пеллетных) в целом и камины с водяным контуром в частности не могут похвастаться высоким уровнем автоматизации работы. То есть разводить огонь и подкладывать дрова приходится вручную. Управление топкой производится при помощи воздушной заслонки, которая позволяет изменять высоту пламени (от максимума до минимума) и переводить устройство в режим медленного горения, если таковой предусмотрен. Чтобы владельцу не пришлось каждый раз делать это вручную, он может установить термостат — механический или электронный.
Первый монтируется, как правило, на подающем трубопроводе водяного отопления и отслеживает температуру жидкости в первичном контуре генератора тепла, по мере необходимости регулируя положение заслонки при помощи специальной пружины либо иным способом. Параллельно данное устройство обеспечивает безопасность функционирования установки, полностью перекрывая подачу воздуха в топку при вероятности закипания теплоносителя. Если же оно по каким-либо причинам не успеет предотвратить перегрев, то водяной контур охлаждается с помощью медной спирали теплообменника, прогоняющей через него холодную воду из водопровода. Но если и таким способом охладить систему не удается и давление в ней продолжает расти, то открывается предохранительный сбросной клапан (их может быть несколько), вода стравливается в канализацию и давление падает.
Электронный модуль, выполняющий аналогичные функции, обладает намного более широкими возможностями, правда, имеющими отношение скорее к радиаторной части системы, нежели к работе самого камина. Например, датчики термостатов контролируют не только температуру теплоносителя в подающей трубе, но и воздуха в комнате, что позволяет довольно оперативно и точно регулировать температурный режим в доме, исходя из складывающейся ситуации. Однако если контроль и управление осуществляются исключительно за счет изменения интенсивности горения пламени в топке, то рассчитывать на быстрое достижение желаемого результата не приходится — слишком велика тепловая инерция теплообменника и самой жидкости, которой заполнены трубы. Дабы ускорить процесс, необходимо регулировать расход теплоносителя через отопительные приборы в комнатах. Благодаря современным блокам управления можно решить и такую задачу, что наводит на мысль о расширении их функций и переходе к погодозависимой автоматике. Впрочем, некоторые конструктивные особенности каминов с водяным контуром существенно ограничивают полет инженерной фантазии…
Фото 1. За счет встроенного теплообменника печь Koppe Caron Aqua демонстрирует высокую эффективность сжигания топлива: её КПД достигает 90%.
Фото 2. Каминная топка Acqua-tondo от Edil-Kamin способна обеспечивать эффективную работу системы отопления, а также снабжать жильцов дома горячей водой.
Фото 3. Организация систем отопления и ГВС на основе камина с водяным контуром.
Издержки конструкции
Проблема кроется в уже упоминавшейся тепловой инерции камина с водяным контуром, намного более высокой, чем у привычных автоматических отопительных котлов. Для нормального (то есть безаварийного) функционирования любого подобного устройства следует обеспечить достаточный отбор тепла от поверхностей теплообмена. При наличии газовых, жидкотопливных, электрических и даже пеллетных агрегатов, если в доме стало слишком жарко, пользователь (или автоматика) просто переводит горелку на меньшую мощность, а циркуляционные насосы соответствующих контуров — в режим пониженной производительности. Поскольку практически вся тепловая энергия, выделившаяся при сгорании топлива, передается жидкости, протекающей по теплообменнику (прочие элементы котла почти не нагреваются), то инерция у данной системы настолько несущественна, что ею можно попросту пренебречь. Это позволяет одновременно регулировать факел горелки и снижать частоту вращения вала насосов, тем самым значительно ускоряя достижение требуемого результата.
Теперь рассмотрим ситуацию с камином. Нельзя забывать, что в первую очередь это все-таки классический дровяной очаг, отапливающий окружающее пространство посредством теплового излучения и конвекции, а водяной контур является просто дополнением, расширяющим возможности устройства. Элементы каминной топки, в том числе, разумеется, теплообменник, нагреваются до весьма высокой температуры, которая благодаря отличной теплоемкости стали и чугуна будет понижаться очень медленно даже при полностью погашенном пламени. То есть жидкость, поступающая в радиаторы отопления, останется столь же горячей, как и до отключения камина. Единственным способом охладить батареи остается снижение скорости циркуляции воды в системе. Однако этого делать нельзя.
Если водяной контур интегрирован в каминную топку, то 70% тепловой энергии, выделившейся при сжигании дров, идет на подогрев воды и 30% — воздуха, на конвекцию и излучение. Если он подключен последовательно к дымосборнику, то распределение энергии происходит наоборот: 30% — на воду и 70% — на воздух. Без помощи водяного контура ни излучение, ни тем более конвекция (ее роль довольно незначительна) не смогут эффективно отводить тепло от поверхностей очага. Следовательно, уменьшение количества жидкости, проходящей через теплообменник, приведет к перегреву всей конструкции, возникновению риска ее деформации и дальнейшего выхода из строя. Поэтому камин нельзя разжигать при выключенных циркуляционных насосах, а также при отсутствии либо недостаточном количестве воды или антифриза в системе.
Можно ли считать сказанное серьезным недостатком рассматриваемого способа отопления? Скорее всего, нет. Проблема вполне решаема еще на этапе проектирования системы, в которой предусматривается резервный контур, при необходимости подключаемый легким поворотом запорного вентиля и призванный рассеивать избытки тепловой энергии, например, через радиаторы на чердаке или в подсобном помещении. Конечно, такой подход причиняет определенные неудобства владельцам дома, но это лишь малая плата за возможность пользоваться высокоэффективным водяным отоплением, одновременно наслаждаясь великолепием настоящего камина.
Один или в паре
Обладая прекрасным внешним видом и демонстрируя высокую эффективность работы (общий КПД устройства составляет порядка 80% и даже больше), камин с водяным контуром сам по себе является еще и полностью энергонезависимым генератором тепла. Однако, чтобы сделать таковой всю отопительную систему, построенную на его основе, придется отказаться от использования циркуляционных насосов и электронных блоков управления. Теоретически это вполне возможно: на помощь приходят механический термостат и гравитационный способ организации движения теплоносителя по трубам, базирующийся на зависимости плотности вещества от его температуры. Впрочем, на практике подобные схемы реализуются редко, и причин тому несколько. Естественная циркуляция заключается в том, что нагретая в теплообменнике вода теряет в удельном весе, а прошедшая через радиаторы отопления и отдавшая накопленную тепловую энергию жидкость, как более тяжелая, выдавливает ее к верхней точке трубопровода, сама опускаясь вниз и поступая внутрь генератора тепла. Следовательно, такой метод не позволит обогреть помещения, находящиеся ниже каминного зала. Однако серьезные неудобства кроются в другом. Низкая скорость протекания воды по системе приведет к недостаточно эффективному отводу тепла от поверхности топки — о возможных негативных последствиях этого явления говорилось выше. Довольно высокое гидравлическое сопротивление труб вынуждает либо уменьшать их общую протяженность, либо увеличивать и без того немаленький диаметр (он составляет минимум 1,5–2 дюйма, то есть 3,8–5 см), а также ограничивает максимальную численность подключаемых радиаторов. В любом случае гравитационная схема может применяться лишь в относительно небольших домах площадью до 100–120 м².
Система с принудительной циркуляцией позволяет избежать всех этих неудобств, сделать трубопроводы практически незаметными, смонтировать любое количество отопительных батарей и обогревать все без исключения помещения в здании. А приобретение и последующая эксплуатация одного или нескольких циркуляционных насосов, по потребляемой мощности сопоставимых с обычной лампой накаливания и работающих бесшумно, будут не слишком затратны для семейного бюджета.
В итоге становится очевидным, что камины с водяным контуром способны взять на себя роль основного генератора тепла. Но все же многие владельцы используют их лишь в качестве вспомогательной установки, работающей в паре с автоматическим отопительным котлом любого типа. Дело в том, что рассматриваемые дровяные очаги обладают сравнительно невысокой тепловой мощностью, доходящей до 20–25 кВт и позволяющей обогреть коттедж площадью порядка 250 м². Другое дело — тандем с современным газовым, жидкотопливным или электрическим агрегатом: ассортимент моделей настолько широк, что дает возможность подобрать устройство для сколь угодно большого дома. В итоге получается обычная, хорошо всем знакомая система радиаторного отопления, а камин просто подключается к одному из ее контуров.
При внимательном рассмотрении никаких недостатков в данной системе не обнаружено, зато налицо ряд достоинств. Во-первых, экономия топлива для котла — не столь ощутимая при наличии магистрального газа, зато вполне заметная при использовании дизельных либо электрических агрегатов. Во-вторых, решается проблема автоматизации обогрева: как только потребитель перестанет подкладывать дрова в топку, камин еще некоторое время продолжит отдавать накопленное тепло жидкости, а когда он остынет, панель управления системой задействует котел. В-третьих, теплоснабжение жилища основывается сразу на двух независимых устройствах: при отключении одного из них (перебои с поставками горючего, поломка и т.п.) здание будет отапливаться другим. Это как раз тот самый случай, когда запас не только не тяготит карман, но и радует глаз, великолепно дополняя интерьер (при правильном дизайнерском подходе) и привнося в дом непередаваемое ощущение уюта, которое способен подарить лишь настоящий камин.
Комментарии специалистов
«Если вы задумались о приобретении камина с водяным контуром, очень важно заранее проконсультироваться не только с продавцом каминного и печного оборудования, но и с профессионалом, работающим в компании, устанавливающей и обслуживающей отопительные системы. К сожалению, даже в такой стране, как Германия, каждый год случаются неприятности из-за неправильного подключения каминов с водяным контуром к системе отопления. Также на этапе планирования важно выяснить, сколько энергии необходимо для отопления дома, — от этого зависит выбор каминной или печной топки.
Компания Schmid предлагает широкий выбор каминно-водяной техники и выпускает топки различной мощности как со встроенным водяным контуром, так и с последовательно подключенным к дымосборнику. Кроме того, имеется возможность установки аккумулирующих дымооборотов (связанных последовательно каналов, по которым замедленно проходит горячий дым) или байпаса (обвода для дымовых газов). Это позволяет топить камин, когда нет необходимости нагревать воду в отопительной системе, к примеру, ранней осенью или весной. При расчете фактической мощности каминной топки и водяного контура следует учитывать, что количество кВт прямо пропорционально зависит от количества дров, заложенных в камеру сгорания. Приблизительно 1 кг сухих дров с остаточной влажностью 20% отдает при горении 3,5–4 кВт в зависимости от породы древесины.
Водяные контуры Schmid предназначены для систем замкнутого цикла с подключением к водонакопительному буферу, который при необходимости последовательно отдает накопленную энергию в систему отопления и для нагрева расходной воды. Такие системы не подвержены коррозии и способствуют длительному сроку службы насосной группы, к тому же их можно дополнить, к примеру, солнечными батареями».
«В последнее время наблюдается постоянный рост потребительского интереса к каминам с водяным контуром. Действительно, многие хотели бы иметь в своем доме красивый и эффективный отопительный прибор, радующий жильцов теплом настоящего огня. При этом у потенциальных покупателей возникает ряд типичных вопросов касательно выбора, монтажа и дальнейшей эксплуатации такого оборудования.
К примеру, они спрашивают: можно ли топить печь-камин с теплообменником, не подключая ее к циркуляционному трубопроводу? Отвечу кратко: нет, нельзя. Не заполненная водой конструкция быстро перегреется и выйдет из строя, а гарантия, которая, кстати, для продукции чешской компании ABX составляет 5 лет, на подобные поломки не распространяется. Конечно, теоретически можно снять теплообменник и использовать устройство как обычный камин, но такой режим работы не предусмотрен изготовителем. ABX выпускает модели мощностью до 20 кВт, из которых «в воду» отдается 4,3–10 кВт в зависимости от конкретного изделия. Сильный жар от пламени в топке позволяет очень быстро прогреть жидкость в контуре: таким образом, температура в батареях отопления начинает повышаться уже через 5–10 минут. В итоге даже в сильный мороз система выходит на номинальный тепловой режим работы за 50–60 минут.
Кстати, люди нередко интересуются: как много радиаторов можно подключить к циркуляционному контуру печи-камина с теплообменником? Скажу, что навскидку это определяется по несложной формуле: количество нагревательных приборов из 6–7 секций должно быть равно численному выражению мощности генератора тепла. Например, если печь-камин отдает «в воду» 10 кВт, то она допускает присоединение до 10 подобных батарей. Ну а для точного расчета следует привлечь специалиста».
«Отопительные приборы с водяным контуром имеют ряд преимуществ: они способны отапливать несколько помещений, не поднимают пыли и пригодны для производства горячей технической воды. Кроме того, они позволяют экономить энергию при совмещении, например, с солнечными батареями, аккумуляционным баком и бойлером. Есть ряд важных компонентов, без которых невозможно беспроблемное функционирование системы: это расширительный бак, циркулярный насос, водяной контур с подачей и возвратом и предохранительные клапаны. В инсталляции с открытым расширительным баком для предотвращения попадания воздуха в систему бак должен быть размещен на 3 м выше наиболее высоко расположенного элемента системы.
В случае избыточного давления (например, при перебоях электричества) вода без проблем уйдет в открытый расширительный бак. Но как сделать, чтобы не поднимать его на такую высоту? Нужно, чтобы самым высоко расположенным элементом в системе был не радиатор, а сам термоприбор, для чего следует разделить контур на два пластинчатых теплообменника. Ряд пластин помещены в нем таким образом, что между ними образуются каналы, по которым попеременно циркулирует вода из первичного контура и из контура отопления. В системе с закрытым расширительным баком воздух не попадает в систему, поэтому бак может быть установлен на любой высоте. Вода при возникновении избыточного давления выводится из системы в ограниченное пространство закрытого расширительного бака.
Топка с закрытым расширительным баком уже имеет в своей конструкции змеевик и клапан безопасности, не позволяющий ей перегреваться. При срабатывании клапана холодная вода поступает в змеевик для дальнейшего снижения температуры».
