Como fazer aquecimento de fogão numa casa privada com circuitos de ar ou água

Existem muitas maneiras de aquecer uma casa particular usando gás e eletricidade.Mas, apesar da abundância de métodos modernos, o aquecimento por fogão ainda é relevante na organização de casas de campo e chalés.

Concordo, nada enfatiza mais o sabor de uma cabana russa do que um fogão a lenha. Além disso, o aquecimento com combustível sólido é considerado uma das opções econômicas.

A organização de um sistema de aquecimento começa com a seleção do equipamento do forno e a determinação do tipo de circuito de aquecimento. Sugerimos que você conheça a estrutura e os princípios de funcionamento do aquecimento de água e ar baseado em forno. Para uma melhor compreensão do assunto, complementamos o material com diagramas e fotografias visuais.

Aquecimento com sistema de ar

A razão da preferência estável que os proprietários de casas particulares dão à opção de aquecimento por fogão é operação econômica — disponibilidade de lenha, briquetes de combustível ou carvão.

A desvantagem é o espaço limitado a ser processado, que pode ser eliminado com a instalação de um sistema de água e ar baseado em unidade de tijolo.

As especificidades do aquecimento de edifícios baixos com recuperador de calor são apresentadas na seleção de fotos:

Princípio de funcionamento aquecimento de ar baseado num recuperador de calor ou lareira consiste na transferência de um fluxo quente aquecido até à temperatura de funcionamento num permutador de calor ou numa caldeira. O ar entra diretamente na sala ou através de dutos de ar.

Graças ao caminho relativamente curto, não tem tempo para perder temperatura. O resultado é uma distribuição uniforme de calor por toda a casa.

Uma câmara para aquecimento do ar é colocada acima da fornalha para que a superfície superior quente da fornalha e a chaminé transmitam a quantidade máxima de calor para ela. A circulação do ar ocorre naturalmente ou com auxílio de ventiladores.

Fogão de aço de fábrica para aquecimento de uma sala de 120 metros quadrados. m usando fluxos de ar custa cerca de 12.000 rublos

A circulação natural ocorre como resultado da diferença na densidade do ar frio e quente. O ar frio que entra na câmara de aquecimento desloca o ar quente para os dutos de ar.

Este método não requer eletricidade, mas se o ar não se mover com rapidez suficiente pela câmara de aquecimento, ficará muito quente, o que pode causar problemas.

O aquecimento do ar com movimento natural do ar aquecido envolve a instalação de dutos de ar para movimento direcionado. Nas versões forçadas, a movimentação do ar é estimulada por um ventilador (+)

A circulação forçada ocorre por meio de ventiladores ou bombas. No entanto, o aquecimento das instalações ocorre de forma mais rápida e uniforme. Com a ventilação forçada, ao ajustar o seu modo, é possível controlar facilmente o volume de ar fornecido às várias divisões, determinando assim o microclima de cada divisão da casa.

Com base no tipo de fornecimento de ar frio, os sistemas são divididos em dois tipos:

• Com reciclagem total. As massas de ar aquecidas alternam com as resfriadas na mesma sala. A desvantagem do esquema é que a qualidade do ar diminui com cada ciclo de aquecimento/resfriamento.
• Com recuperação parcial. Parte do ar fresco é retirado da rua, que se mistura com parte do ar da sala. Após o aquecimento, a mistura de duas porções de ar é entregue ao consumidor. A vantagem é a qualidade do ar estável, a desvantagem é a dependência energética.

É claro que o primeiro grupo inclui sistemas de dutos com movimento natural do ar refrigerante. A segunda inclui opções com movimentação de ar forçada, para cuja movimentação não é necessária a instalação de rede de dutos de ar.

A entrada de ar da rua dá um impulso adicional ao sistema de circulação natural, o que elimina a necessidade de ventiladores

As principais vantagens do aquecimento do ar em comparação com o aquecimento da água:

• alta eficiência;
• livre de acidentes;
• falta de radiadores nos quartos.

O desenho do circuito com movimento forçado permite prescindir da construção de um sistema de dutos de ar. Além disso, este tipo pode ser combinado com ar condicionado, umidificação e ionização do ar.

Se não estiver prevista a instalação de um dispositivo que estimule a movimentação do ar aquecido, utilizam-se os seguintes métodos para aumentar o desempenho da estufa:

Aumentar a eficiência aumentará espontaneamente a velocidade do fluxo de ar: quanto mais rápido o ar aquece, mais intensa ocorre a mudança na massa de ar resfriada e aquecida.

As principais desvantagens do aquecimento do ar em comparação com o aquecimento da água:

• ao utilizar um forno, a temperatura do ar fornecido apresenta uma faixa significativa, ao contrário do uso de outros meios de aquecimento;
• os dutos de ar têm grande diâmetro, portanto a instalação deve ser realizada na fase de construção;
• É aconselhável colocar o recuperador na cave, caso contrário é necessário utilizar ventiladores que façam barulho.

A movimentação do ar na sala tem um lado negativo - levanta poeira, mas o uso de filtros na saída do duto de ar permite capturar efetivamente essa poeira, reduzindo assim a quantidade total de poeira na casa.

Outra característica do aquecimento do ar que tem lados positivos e negativos é a taxa de transferência de calor. Por um lado, as divisões aquecem mais rapidamente do que no aquecimento por circuito de água, por outro lado, não existe inércia térmica - assim que o recuperador de calor ou a lareira se apagam, a divisão começa imediatamente a arrefecer.

Para garantir uma pressão uniforme nos ramos laterais do duto de ar, é necessário excluir sua inserção no último meio metro do duto de ar principal

Ao contrário do aquecimento de água, a instalação de um sistema de aquecimento de ar não é difícil.Todos os elementos (tubos, curvas, grades de ventilação) podem ser conectados de forma bastante simples, sem soldagem. Existem condutas de ar flexíveis que podem assumir qualquer formato, dependendo da geometria do local.

Apesar disso, os sistemas de aquecimento de ar baseados em fogões ou lareiras ainda não se difundiram. Com muito mais frequência, em construções individuais baixas, um circuito de água é usado para aquecer ambientes.

Com base em um fogão ou lareira com fornalha de tijolo ou aço, você pode organizar o aquecimento de ar e água

Dispositivo de aquecimento de água à base de fogão

Princípios operacionais de qualquer aquecimento de água baseiam-se na distribuição do calor de uma fonte local por toda a divisão, utilizando o movimento da água ao longo do circuito de aquecimento.

Elementos básicos de aquecimento de água

Para um esquema de aquecimento de estufa com circuito de água, os elementos principais são:

• recuperador de calor ou lareira com permutador de calor, em que a água é aquecida;
• circuito de aquecimentoonde ocorre a transferência de calor para a sala;
• tanque de expansão para evitar danos ao sistema como resultado do aumento da pressão;
• Bomba de circulação para garantir o movimento da água ao longo do circuito.

Existem regras gerais para o funcionamento do aquecimento de água, tais como diagramas de fiação, que são bem conhecidos e devem ser seguidos. Porém, ao utilizar um fogão como fonte de calor, existem requisitos específicos relacionados às condições de temperatura.

O princípio de funcionamento do aquecimento de água a partir de recuperador de calor ou lareira é simples, mas é necessário calcular com precisão os parâmetros de todos os elementos do sistema

Os fornos não aquecem rapidamente e esfriam lentamente, ocorre liberação irregular de calor e somente a instalação correta de todos os componentes do sistema evitará problemas com o aquecimento de alta qualidade das instalações da casa.

Tipos de trocadores de calor e métodos de colocação

Para a fabricação de trocadores de calor para fornos, utiliza-se chapa de aço “preto” ou aço inoxidável resistente ao calor. O uso de ferro fundido como material de produção é difícil, mas produtos prontos de ferro fundido, como radiadores de ferro fundido, podem ser usados.

É possível usar cobre, que possui melhor condutividade térmica em relação ao aço, mas o preço desse dispositivo será alto. Recomenda-se fazer o trocador de calor em aço com espessura de 3 mm. Nas altas temperaturas do forno que surgem quando se utiliza carvão ou, principalmente, coque, é necessário utilizar aço com 5 mm de espessura.

Os trocadores de calor podem ser divididos em três tipos:

• registros, bobinas e radiadores, constituído por um conjunto de tubos;
• camisas (caldeiras), soldado em chapa de aço;
• opção combinada na forma de paredes verticais ligadas por tubos (os chamados “livros”).

As jaquetas de chapa de aço são mais fáceis de fabricar e limpar dos produtos da combustão de combustível, mas as estruturas tubulares possuem uma área de aquecimento maior. Na confecção de uma camisa, é necessário levar em consideração o excesso de pressão da água que ocorre ao utilizar um tanque de expansão de membrana ou ao elevar a água a grandes alturas.

Um trocador de calor para aquecimento de água baseado em fogão pode ser construído a partir de materiais improvisados:

Neste caso, é necessário utilizar aço com espessura de pelo menos 5 mm e reforçar adicionalmente as paredes com reforços para evitar a sua deformação.

Os formatos das estruturas tubulares podem ser diferentes, mas é necessário observar a condição de que o tamanho interno dos tubos tenha pelo menos 3 cm de diâmetro. Caso contrário, se a velocidade de circulação for lenta ou a temperatura for muito alta, a água poderá ferver.

Os registros são feitos, via de regra, a partir de tubos perfilados e não redondos para facilitar o trabalho de soldagem.

Você mesmo pode fazer um trocador de calor do tamanho necessário. Neste caso, deve-se prestar maior atenção à qualidade da soldagem. Se o trocador de calor vazar, toda a água será despejada na fornalha.

Além disso, para resolver o problema, você terá que fazer muito trabalho: desmontar o fogão, retirar, soldar e recolocar o trocador de calor e depois remontar o fogão.

Existem duas opções para a localização do trocador de calor. No primeiro caso, é colocado diretamente na fornalha, estreitando significativamente o seu espaço.No segundo, os registros são instalados nas coifas dos fornos não giratórios, mas o próprio forno neste caso tem um design mais complexo.

Se você tiver um fogão tipo campânula, é melhor colocar o trocador de calor na campânula: lá também faz calor e o espaço da fornalha permanecerá inalterado

Ao instalar um trocador de calor tipo tubular é necessário deixar um espaço entre ele e a parede da estufa. Isso é necessário para um melhor aquecimento do refrigerante, bem como para a possibilidade de limpeza do registro. É necessária a limpeza periódica das camisas e dos registros, pois em caso de entupimento severo com cinzas, a eficiência da transferência de calor diminui.

Se houver placa, a limpeza ocorre após a sua remoção. Se a estufa tiver apenas função de aquecimento, a limpeza ocorre através da porta de combustão.

Circulação de água no circuito de aquecimento

Os princípios básicos para organizar a circulação natural da água no sistema são modelar o “coletor de aceleração” na saída do trocador de calor e criar uma inclinação constante dos tubos do circuito de aquecimento de 3-5°.

O significado geral do “coletor de aceleração” é que a água aquecida do fogão sobe verticalmente e depois é distribuída ao longo do circuito de aquecimento.

A circulação ocorre devido à diferença na gravidade específica da água fria e quente. A água fria é mais pesada que a água quente e, fluindo para o trocador de calor, desloca a água quente pelo cano. O ponto de entrada de “retorno” deve ser inferior às saídas de água dos radiadores de aquecimento, caso contrário a circulação da água será muito lenta ou não ocorrerá.

Um coletor de aceleração é necessário mesmo para circuitos de aquecimento de pequeno comprimento no caso de utilização de circulação natural

Para aumentar a velocidade do movimento da água ao longo do circuito de aquecimento instalar uma bomba de circulação. Assim, ocorre uma distribuição mais rápida e uniforme do calor por toda a casa. Várias bombas podem ser utilizadas simultaneamente para diferentes circuitos de aquecimento.

Na presença de surtos de tensão, é necessário utilizar Regulador de voltagem, uma vez que a falha da bomba pode ter consequências graves para todo o sistema.

As bombas podem ser divididas em dois grupos em relação à posição do motor: com rotor “seco” e rotor “úmido”. Por tipo de tensão: modelos operando em rede de 220 V e bombas operando em fontes de alimentação de 12 V.

O motor nas bombas com rotor seco é isolado do impulsor submerso em água por meio de anéis de vedação. Em comparação com as bombas com motor submerso, as bombas secas apresentam maior eficiência.

No entanto, as desvantagens incluem elevados níveis de ruído, necessidade de manutenção regular e menor vida útil do motor. Portanto, em uma residência particular, via de regra, são utilizadas bombas de circulação com rotor “úmido”.

A escolha do tipo de potência da bomba depende da possibilidade de circulação natural da água no sistema. Caso seja impossível sem a participação de uma bomba, a escolha deve ser feita por uma opção que suporte tensão de 12 V e alimentação ininterrupta.

Caso contrário, em caso de queda de energia, a água poderá ferver e o sistema poderá falhar. Se a circulação natural for possível, então é melhor adquirir uma opção mais comum e barata alimentada por rede de 220 V.

Ao conectar uma bomba de 12 volts a uma fonte de alimentação ininterrupta, você não precisa se preocupar com o funcionamento do sistema de aquecimento

Ao instalar uma bomba com alimentação de 220 V, é necessário garantir que o sistema de aquecimento possa funcionar durante uma queda de energia. Para fazer isso, instale uma válvula de corte no tubo e desvie-a instalando um tubo de desvio com bomba (o chamado “bypass”).

Uma torneira de filtro é instalada no tubo de derivação em frente à bomba e, em seguida, uma válvula de corte. Ao ajustar a posição das válvulas de corte nas tubulações principal e de derivação, é possível ativar o modo de circulação forçada e natural.

Via de regra, a bomba é instalada no “retorno” próximo ao forno para que a temperatura do líquido que passará pelo aparelho seja a mais baixa. Isto prolongará significativamente a vida útil da bomba.

Além disso, é necessário colocar o máximo possível de comandos do sistema de aquecimento num só local, para que em caso de situações de emergência possam ser tomadas rapidamente medidas para os eliminar.

A instalação de um tubo bypass (by pass) permite que o sistema de aquecimento funcione durante uma queda de energia, além de possibilitar a retirada da bomba sem escoar a água

Regras para usar o tanque de expansão

Quando aquecido, um líquido se expande e, se isso acontecer em um sistema fechado, a pressão dentro dele aumentará muito, e um aumento na pressão pode causar ruptura de água. Não é aconselhável utilizar válvula de segurança, pois depois que a água esfriar e seu volume diminuir, será introduzido ar no sistema.

Portanto, em circuitos de aquecimento com movimento forçado de água, tanques de expansão, que são do tipo aberto ou fechado. O seu volume é calculado com base não só na expansão térmica máxima do líquido (5-7%), mas também tendo em conta a possibilidade de ebulição do sistema.

Um tanque aberto equipa o circuito de água de um sistema de aquecimento de estufa do tipo gravidade, ou seja, com transporte natural do refrigerante. É um recipiente de metal de formato arbitrário localizado no topo do circuito de aquecimento. Comunica-se diretamente com a atmosfera, devido à qual o refrigerante evapora parcialmente.

A tubulação é conectada ao fundo ou quarto inferior do tanque, e um tubo é soldado na parte superior para drenar a água em caso de transbordamento e permitir que o ar escape do sistema. A prática mostra que o volume de um tanque aberto deve ser de pelo menos 15% do volume de água do sistema de aquecimento.

Um tanque expansor de tipo aberto geralmente está localizado em uma sala técnica e sua aparência não importa em nada

Um tanque fechado ou tipo membrana é um recipiente fechado com uma membrana dentro. Quando a água esquenta, aumenta a pressão, estica a membrana e entra no tanque.Se a pressão ultrapassar, o sistema automático é acionado e o excesso de refrigerante é descarregado no esgoto.

Após a primeira descarga, geralmente não há mais motivo para produzi-la novamente, pois o volume do refrigerante passa a ser igual ao volume do sistema.

Um tanque de membrana fechado é montado na frente da bomba. Tal recipiente, ao contrário de um tanque aberto, não consegue se livrar do ar por si só, portanto, uma válvula Mayevsky (ventilação mecânica) ou seu equivalente automático deve ser instalada na parte superior do circuito de aquecimento.

O único elemento de um tanque de membrana que pode falhar com o tempo é a membrana, por isso é melhor comprar um tanque com capacidade de substituí-lo.

Na hora de adquirir um tanque fechado, às vezes chamado de acumulador hidráulico, o principal é não confundi-lo com um acumulador hidráulico para abastecimento de água.

Para um tanque de membrana utilizado em aquecimento, a temperatura de operação é de até 120°C e a pressão é de até 3 Bar. Para abastecimento de água são utilizados tanques com temperaturas de até 70°C e pressão de até 10 Bar.

Escolhendo entre tubos e radiadores

Como circuito de água para aquecimento de fogões, pode-se utilizar um sistema de tubos plásticos com radiadores (baterias) ou um sistema de tubos metálicos. A principal vantagem do uso de radiadores é que eles parecem mais bonitos em comparação com dutos de ar maciços.

A fiação plástica pode ser facilmente escondida no chão, pois não emite calor. Embora de acordo com as regras, a fiação do aquecimento de água deve estar aberta. No entanto, os dutos de polímero têm limitações: não podem ser instalados onde haja risco de derretimento e exposição direta aos raios UV.

A vantagem dos tubos metálicos é o menor preço de todo o circuito de aquecimento, facilidade de instalação e menos problemas encontrados durante o funcionamento do sistema.

A utilização de tubos de aquecimento metálicos em vez de um sistema de radiador com ligações metal-plásticas justifica-se se a componente estética do design da divisão não for importante

Vantagem significativa sistemas com radiadores é a facilidade de ajuste de temperatura. Até os cálculos mais precisos da temperatura ambiente podem ser ajustados. Por exemplo, uma temperatura de 19-21°C é recomendada para uma criança pequena com menos de 6 meses, enquanto uma temperatura confortável no resto da casa é considerada 25°C.

Para garantir esta temperatura durante um longo período de tempo na divisão, é necessário fechar total ou parcialmente a válvula de alimentação de calor de um dos radiadores. No caso de um tubo metálico, o problema também pode ser resolvido, mas de forma mais complexa: reduzir a transferência de calor de um segmento de tubo usando espuma de poliuretano ou revestimento de folha metálica.

Outra opção de circuito de aquecimento poderia ser piso aquecido a água. Este é um tipo de fornecimento de calor muito confortável para uma pessoa, mas a instalação de um piso aquecido exige muito mais mão-de-obra do que as opções discutidas anteriormente.

Além disso, na utilização de piso aquecido, não é possível prever um declive para a circulação natural da água, o que, aliado ao pequeno diâmetro das tubulações do piso radiante, torna obrigatória a utilização de bomba de circulação .

Para empurrar a água pelos tubos do piso radiante é necessário utilizar uma bomba; a circulação natural não funciona com esta geometria do sistema de aquecimento

Evitar o congelamento do sistema de aquecimento

Usar água como refrigerante tem uma desvantagem - se o sistema de aquecimento congelar, a tubulação e os aparelhos serão danificados. É especialmente difícil restaurar neste caso o trocador de calor integrado ao forno.

Este problema é relevante para casas que podem não ser aquecidas por muito tempo no inverno. Uma forma de evitar danos ao sistema é usar anticongelante desenvolvido para sistemas de aquecimento em vez de água.

Para instalações residenciais, líquidos à base de propilenoglicol são utilizados como anticongelante, por ser uma substância atóxica, ao contrário do etilenoglicol.

Porém, a ideia de usar anticongelante tem suas desvantagens:

• o anticongelante à base de propilenoglicol é caro (a partir de 80 rublos/litro);
• a capacidade térmica específica do anticongelante é menor que a da água (aproximadamente 15%), portanto, é necessária uma potência de forno maior e uma grande área de superfície de dispositivos de aquecimento ambiente;
• o anticongelante tem uma viscosidade dinâmica mais alta que a água, portanto, é necessária uma bomba de circulação mais potente e a circulação natural é impossível;
• quando aquecido, o anticongelante se expande até 40%, sendo necessário utilizar um grande tanque de expansão fechado;
• o propilenoglicol é muito fluido, por isso penetra através das conexões do sistema de aquecimento através das quais a água não consegue penetrar;
• o propilenoglicol é incompatível com tubos galvanizados porque os aditivos anticongelantes perdem suas propriedades ao entrar em contato;
• quando o anticongelante ferve (o que é provável quando se usam fornos), ocorre uma reação química irreversível, como resultado da qual todo o sistema terá que ser drenado e reabastecido com anticongelante.

Para o anticongelante, o sistema de aquecimento deve ser calculado antecipadamente - sua utilização em projetos implementados para água é bastante problemática.

Além disso, um projeto que utilize anticongelante será muito mais caro do que um sistema de aquecimento de água. Portanto, seu uso ainda não é generalizado em residências particulares com aquecimento por fogão, sendo utilizados outros métodos para evitar o congelamento.

Ao escolher um líquido para um sistema de aquecimento, é necessário ter em mente não só as características físicas e químicas, mas também o seu perigo para terceiros

A drenagem da água do circuito e camisa ou registro da fornalha é a solução mais comum para o problema quando os donos da casa se ausentam por muito tempo.Além do trabalho adicional, as desvantagens deste método incluem o acesso de ar aos elementos metálicos do sistema pelo interior e, como resultado, a propagação da corrosão.

Além disso, como solução para o problema por um curto período de tempo, utilizam a integração de uma caldeira elétrica de baixa potência no circuito de aquecimento. O seu funcionamento com um nível mínimo de consumo de energia é capaz de manter temporariamente uma temperatura positiva da água.

Uma caldeira elétrica de baixa potência ligada ao sistema de aquecimento é capaz de manter uma temperatura positiva da água em caso de ausência prolongada dos proprietários

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Sistema de aquecimento funcional baseado em fogão e circuito de água em casa particular com área de 80 metros quadrados:

O calor é fornecido ao sistema de aquecimento a partir de fogões e lareiras em porções, o que dificulta a tarefa de cálculo dos parâmetros dos elementos do circuito de aquecimento. A realização de trabalhos de alteração do circuito é bastante problemática, por isso, se não tiver experiência nesta área, é melhor recorrer a especialistas que tenham competências para resolver tais problemas.

Você tem experiência na organização de aquecimento de fogões? Ou você aquece sua casa dessa forma e gostaria de compartilhar suas impressões sobre o uso do fogão? Por favor, deixe comentários e faça perguntas. O formulário de feedback está localizado abaixo.