Um recuperador de calor com circuito de água para aquecimento de uma casa: características do aquecimento do recuperador + escolha da melhor opção

A lenha e o carvão continuam a ser, em muitas regiões, os tipos de combustível mais acessíveis utilizados para aquecer casas privadas. Porém, o aquecimento por estufa é escolhido não só pelo baixo custo e disponibilidade de energia, mas também pelo baixo custo da sua instalação.

Além disso, para além das muitas vantagens, um recuperador de calor com circuito de água para aquecimento de uma casa também apresenta muitas desvantagens. Esta opção nem sempre é a ideal. Vamos tentar entender as nuances desse sistema de aquecimento.

Características do aquecimento baseado em fogão

O aquecimento por fogão é a norma nas aldeias russas, cuja confiabilidade e praticidade foram comprovadas há séculos. E hoje, muitas casas de aldeia têm fornos com fogão para cozinhar e lareira para assar pão.

Alguns deles estão equipados com circuito de água para o sistema de aquecimento, outros não. Mas os proprietários rurais não têm pressa em jogá-los fora e substituí-los por caldeiras modernas. Um método de aquecimento mais simples e sem problemas ainda não foi inventado.

Sem circuito de água em toda a casa, um fogão a lenha só consegue aquecer um pequeno espaço à sua volta. Para aquecer um ou dois quartos esta opção é aceitável, mas para uma casa grande já não é possível.

O seguinte é queimado como combustível nesses fogões de aldeia:

• carvão;
• turfa;
• lenha;
• briquetes (eurowood).

Não existe uma diferença fundamental entre estes tipos de combustível do ponto de vista da concepção do interior do recuperador e da cablagem do sistema de aquecimento de água de uma habitação privada. Alguns deles emitem mais calor, enquanto outros demoram mais para queimar. Mas o desenho da fornalha e a disposição dos tubos com refrigerante nas salas são iguais em todos os casos.

Ao optar pelo aquecimento por recuperador de calor, não se esqueça das normas de segurança contra incêndios para a construção de fogões de alvenaria - só o seu cumprimento estrito reduzirá ao mínimo o risco de incêndio

Entre as vantagens do aquecimento por fogão estão:

• nenhuma dependência da disponibilidade de energia elétrica na rede;
• custo relativamente baixo de instalação de um sistema de aquecimento;
• baixo custo do combustível sólido e possibilidade de utilização de diversos tipos de combustível;
• extrema facilidade de operação;
• transferência de calor a longo prazo (para estruturas de tijolo);
• versatilidade - adequado para aquecer e cozinhar alimentos ao mesmo tempo.

Se uma casa privada não puder ser ligada ao gás principal, então um fogão a lenha será a melhor escolha para aquecê-la.

A única excepção é quando o carvão ou a lenha não estão disponíveis numa determinada área. Mas esta opção na Rússia é a exceção e não a norma.

As duas principais desvantagens dos fornos com circuito de água são a impossibilidade de automatizar o funcionamento e a dificuldade de ajustar a transferência de calor em ambientes individuais.

Também entre as desvantagens do aquecimento por fogão devem ser citadas:

• longo aquecimento do sistema antes do início da transferência de calor;
• perda de espaço útil da casa devido à solidez do recuperador;
• peso pesado da estrutura do fogão de tijolos;
• baixa eficiência devido à perda de uma quantidade significativa de calor na tubulação;
• alto risco de incêndio se usado incorretamente.

Um aquecimento e fogão de tijolo para uma casa particular com aquecimento de água, dependendo do projeto e do número de fileiras, pode pesar de 1,5 a 10 toneladas. Além disso, o peso do tubo é adicionado aqui.

Uma fundação para tal massa requer uma base poderosa e cara, o que também pode ser considerado uma desvantagem dos sistemas de aquecimento em consideração.

Dispositivo de aquecimento de água de fogão

O forno para o sistema de aquecimento em questão deve idealmente ser calculado e construído ao mesmo tempo que a casa. Se um edifício residencial já tiver sido erguido, será difícil instalar nele uma estrutura de fogão de tijolos. E muitas vezes isso acaba sendo completamente impossível devido à necessidade de construir uma base sólida e reconstruir o sistema de vigas.

Um forno para aquecimento de água em uma casa particular pode ser feito não apenas de tijolo, mas também de aço na forma de um fogão com tubos de troca de calor ao redor da fornalha para aquecer o refrigerante

O aquecimento de água por fogão consiste em:

• o próprio fogão (metal ou tijolo);
• trocador de calor dentro ou ao redor da fornalha do fogão, bem como em forma de bobina ao redor da chaminé;
• circuito com refrigerante distribuído por toda a casa e tanque de expansão no sótão.

Além disso, em alguns casos, este sistema de aquecimento é complementado com uma bomba de circulação e um acumulador hidráulico. Porém, esta opção estendida raramente é utilizada, pois requer alimentação ininterrupta e acarreta aumento no custo de todo o circuito.

E a principal vantagem do aquecimento por fogão a água é o baixo custo do aparelho. Não vale a pena complementá-lo com elementos caros e propensos a quebrar.

Diagrama de circulação de água no circuito

O sistema de aquecimento de água nas residências é construído com circulação natural (gravitacional) ou forçada do refrigerante.Se for feito na base de fogão a lenha, o melhor é dar preferência à primeira opção.

O esquema elétrico com circulação natural de água é mais barato que o analógico forçado e também, ao contrário dele, não requer alimentação

Recomenda-se a instalação de aquecimento por fogão a água apenas em casas térreas com área de até 150 m². Neste caso, pode ser tornado gravitacional sem bombas adicionais.

Se precisar aquecer uma casa de dois ou mais andares, é melhor fazê-lo com uma caldeira mais potente. A fornalha para tais edifícios terá que ser construída simplesmente enorme, cuja implementação é cara. Sim, e você terá que colocar quantidades consideráveis ​​de combustível a cada vez. Mas fazer isso é altamente desencorajado devido ao aumento do risco de incêndios.

Um sistema clássico de aquecimento por fogão com circulação natural de água consiste em:

• trocador de calor como parte do fogão;
• circuito de dutos metálicos;
• radiadores (geralmente substituídos por tubos grossos nos quartos);
• tanque de expansão.

Se você decidir fazer o aquecimento de água em uma casa de campo, é melhor projetá-la de acordo com este esquema. A instalação e o cálculo desta opção são mais fáceis do que com o movimento forçado da água.

Um sistema com bomba de circulação é mais adequado para caldeiras, pois baseado em fogão perde maior eficiência de transferência de calor

Se a caldeira for automatizada e aquecer constantemente a água conforme a necessidade, o fogão a lenha será aquecido uma ou duas vezes por dia. É nesses momentos que o refrigerante da fornalha do forno aquece para liberar calor para os ambientes. Depois, é inútil conduzi-lo com uma bomba pelas tubulações do circuito. De qualquer forma, nada aquecerá a água em uma fornalha fria.

Ao escolher um fogão a lenha ou a carvão, os proprietários de casas particulares costumam esperar receber um sistema de aquecimento autônomo. Se você instalar nele um equipamento de bombeamento que requer energia da rede elétrica para funcionar, será difícil falar em autonomia.

Forno - tijolo ou metal

Um forno de tijolos demora mais para aquecer, mas também leva mais tempo para transferir calor para o espaço ao seu redor. A contraparte de aço, pelo contrário, aquece rapidamente e esfria com a mesma rapidez após a queima do combustível. Este problema é parcialmente resolvido devido à presença de grandes volumes de refrigerante no circuito de água.

Porém, quanto mais água for armazenada no sistema, mais caro ele se torna em termos de materiais.

Um fogão de metal com serpentina de água para o circuito de aquecimento em residências particulares pode ser colocado diretamente sobre um piso de madeira sem a instalação de uma base especial

Um forno de aço para aquecimento de água com potência de 5–15 kW - sem combustível e água é uma estrutura que pesa 100–300 kg. Esse fogão pode ser colocado com segurança em toras reforçadas. As fundações do fogão precisam ser concretadas quando o fogão pesa mais de 700–800 kg. Agora, se for tijolo, então você definitivamente não pode prescindir de trabalho concreto.

Comparado a um fogão de metal, um fogão de tijolo pesa mais, custa mais e é mais difícil de instalar. Porém, possui maior eficiência e menor risco de congelamento do circuito com rompimento da tubulação devido à formação de gelo em seu interior. Se você decidir fazer tudo inteiramente para você e para residência permanente, então é recomendável escolher a opção de tijolo.

Tubos - aço inoxidável ou metal-plástico

Se o sistema de aquecimento for construído com base numa caldeira de água quente, então pode ser canalizado não só com tubos de aço, mas também com tubos de metal-plástico e polipropileno.Porém, se a água for aquecida por fogão a lenha, o circuito com o refrigerante dele deve ser feito apenas de aço inoxidável.

Com uma grande carga de lenha, a água na serpentina da fornalha pode aquecer rapidamente até 100 graus e ferver; somente o aço pode suportar essas temperaturas por muito tempo

O metal-plástico foi projetado para funcionar com refrigerante aquecido a 90–95 °C. Por um curto período de tempo, pode suportar aquecimento de até 110–120 °C. Ao mesmo tempo, a automação de caldeiras e caldeiras inicialmente não permite que a água aqueça a tais graus. Para pisos aquecidos, aquece até 30–45 °C e para radiadores até 60–65 °C.

No entanto, no caso de um fogão a lenha, temperaturas abaixo de cem não são apenas possíveis, mas estão longe de ser incomuns. Não é recomendável correr riscos e jogar roleta russa canalizando este fogão com tubos de metal-plástico. É melhor dar preferência ao aço inoxidável mais confiável.

Além disso, os tubos que saem do forno da bobina para conectar os tubos do circuito certamente aquecerão a temperaturas muito altas. Eles estão separados do fogo aberto por menos de meio metro. É perigoso conectar tubos de plástico a eles devido ao risco de derreterem.

Dissipação de calor - radiadores ou registro

O calor é fornecido do fogão ao circuito de aquecimento em intervalos de várias horas, enquanto a lenha ou o carvão queimam na fornalha. Se não houver água suficiente no sistema de aquecimento, a casa secará rapidamente. Portanto, nas aldeias, esse aquecimento geralmente é feito a partir de grossos tubos de aço, e não com base em radiadores mais familiares aos moradores das cidades. O registo de aquecimento para fogões a lenha é simplesmente perfeito.

O esquema clássico de aquecimento de fogão a água com circulação natural envolve o contato direto da água com a atmosfera por meio de um tanque de expansão, mas o ar no refrigerante é contra-indicado para baterias convencionais

Um tubo de aço inoxidável com um diâmetro de 80–120 mm colocado em toda a casa é um registo de aquecimento, composto por uma alimentação do recuperador e um retorno ao mesmo. Na sala mais distante da fornalha, essas linhas são conectadas entre si e nas demais salas são colocadas na forma de duas tubulações ao longo das paredes externas.

O registro não parece tão esteticamente agradável quanto o radiador. Mas a primeira opção é muito mais barata e fácil de fazer do que a segunda. Para implementá-lo, basta ter experiência no manuseio de máquina de solda.

A área de transferência de calor para tal circuito é calculada multiplicando o número PI pelo diâmetro e comprimento do tubo. Além disso, nos cálculos é necessário levar em consideração a pressão térmica na alimentação e retorno, bem como a distância vertical entre as tubulações.

No entanto, muitas vezes esses cálculos não são feitos, mas um tubo com um diâmetro de 80 a 100 mm é retirado e colocado ao redor do perímetro de todo o edifício residencial com um laço na sala dos fundos. Neste caso, a transferência de calor é ajustada “a olho nu” e experimentalmente como resultado da adição de um determinado volume de combustível à fornalha.

Não é à toa que circuitos de registro acoplados a fornos de água são tão comuns. Você nem precisa calculá-los, basta pegar um tubo adequado e soldá-lo.

Selecionando um trocador de calor para o forno

O trocador de calor do recuperador pode ser de cobre, aço ou ferro fundido. É melhor excluir imediatamente a opção de cobre devido ao alto preço. Soldar esse dispositivo por conta própria é extremamente problemático.

As baterias de ferro fundido devem ser instaladas dentro da fornalha com cuidado - devido ao choque de temperatura, seções individuais podem se soltar dos elementos adjacentes

O ferro fundido é superior ao aço em termos de parâmetros técnicos. No entanto, fazer você mesmo um trocador de calor para um fogão a lenha parece problemático. Você só pode levar uma bateria velha para isso. Mas aqui devemos levar em conta que o selo entre suas seções queimará na fornalha. E este é um caminho direto para a perda de estanqueidade e vazamento de água para a câmara de combustão.

Se for decidido fazer o trocador de calor a partir de uma bateria de ferro fundido, então é melhor usar os modelos MS-110-300 ou MS-90-300 para isso. Eles são pequenos e cabem facilmente na fornalha. A área de superfície de aquecimento para cada costela será de cerca de 0,14–0,16 m².

Com base nesses números, você pode estimar quantas seções serão necessárias para um determinado circuito. Para cada 10 metros quadrados de área da casa você precisa de 1 kW, que será aproximadamente igual a 0,1 m² área de aquecimento de um trocador de calor em ferro fundido.

As aletas de um radiador de ferro fundido são geralmente conectadas por meio de juntas de borracha resistentes ao calor. Na fornalha de um fogão, essa vedação de borracha queimará; precisa ser substituída por um cordão de amianto

Outro ponto sobre o uso de bateria de ferro fundido como trocador de calor é a dificuldade de limpá-la da fuligem de dentro da fornalha. De vez em quando, a câmara de combustão precisa ser limpa e as nervuras elevadas do ferro fundido interferem muito nisso.

A opção mais ideal para um trocador de calor é o aço na forma de:

• uma bobina de vários tubos;
• camisas em chapa de aço.

Eles são feitos de aço de baixo carbono St10...St20 com espessura de 4–5 mm. Se você pegar tubos, então com um diâmetro de 30–50 mm.

A maneira mais fácil de fazer um trocador de calor de aço é em chapa de aço - porém, apenas a superfície voltada para o interior da fornalha em direção ao fogo participará da troca de calor

A versão tubular é mais eficiente em termos de transferência de calor, mas também exige mais mão-de-obra para ser fabricada.

Para calcular o trocador de calor, use a fórmula:

Qy=K*(Tcp-Tk)

Onde:

• K – coeficiente de transferência de calor do material (para aços de baixo carbono é considerado 15–20 e para ferro fundido cinzento – 50);
• TCP – temperatura média do meio de aquecimento no forno (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – temperatura média do líquido refrigerante (Tsupply + Treturn)/2.

Se queimar lenha no fogão, então Tcp=(700+300)/2=500 °C e Tk=(80+60)/2=70 °C. Como resultado, Qy=15*(500-70)=6450 kcal/hora. Ou seja, por metro quadrado da superfície do trocador de calor voltada para o fogo será de aproximadamente 7,5 kW/hora.

Para o carvão, os cálculos são os seguintes: Tcp=(1000+600)/2=800 °C e Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10.950 kcal/hora=12.734 W/hora. Um metro quadrado de superfície do trocador de calor fornecerá cerca de 12,7 kW/hora.

A seguir, dividimos a potência necessária para aquecer uma determinada casa pelo valor calculado, dependendo dos planos de utilização de um determinado tipo de combustível.

Por exemplo, para uma casa de 150 m² você precisa de cerca de 15 kW. Se for aquecido com lenha, será necessário um trocador de calor com área de troca de calor de 15/7,5 = 2 m². Esta é a superfície que fica voltada para a chama e aquece.

Se uma bobina tubular for selecionada, seu comprimento será calculado pela fórmula:

S=2*3,14*D*L

Onde:

S – área de design;

D – diâmetro do tubo;

eu - comprimento necessário.

Os parâmetros de uma camisa de chapa de aço são ainda mais fáceis de calcular, geralmente consiste em dois retângulos nas laterais da câmara de combustão.

Escolhendo a melhor opção

Será difícil instalar um enorme fogão de tijolos em uma casa já construída. Neste caso, o aquecimento da água é melhor organizado com base num fogão metálico, que pode ser colocado sobre um piso de madeira reforçada sem derramar a fundação.

Porém, se for possível fazer a fundação como deveria, deve-se dar preferência a uma estrutura de fogão de tijolos mais confiável.

O circuito de água ao redor da casa para um fogão a lenha é melhor feito com tubos grossos de aço e com circulação natural de refrigerante

Instalar uma bomba de circulação e/ou acumulador no circuito de aquecimento em questão é um desperdício de dinheiro e nenhum benefício adicional. Eles apenas complicarão a instalação do sistema. E se as luzes se apagarem, esses dispositivos criarão problemas. Já a opção de aquecimento sem eles continuará a aquecer a casa com tranquilidade se houver problemas na rede elétrica.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Escolhendo o formato do trocador de calor para fogão a lenha:

Revisão de um fogão de tijolos para aquecimento de água em uma casa de campo:

Construção de aquecimento e fogão em tijolo com análise da ordem de projeto:

É difícil chamar o aquecimento de água baseado em fogão a lenha de ideal e altamente eficiente. Mas esta opção de aquecimento de casas particulares é a mais confiável, além de barata e fácil de implementar. Você simplesmente não precisa complementar esse circuito com bomba de circulação e automação. Operam na rede elétrica e tornam todo o sistema não autônomo, eliminando uma de suas principais vantagens.