Una estufa con circuito de agua para calentar una casa: opciones de implementación.

Una estufa de chimenea moderna se utiliza con éxito para calentar una casa privada

Ventajas y desventajas del calentamiento de la estufa.

Regular estufa de leña o hogar calentar la habitación debido a una combinación de intercambio de calor por radiación y convección. Las paredes masivas calentadas del horno emiten energía térmica, transfiriéndola al aire y al mobiliario de la habitación. El aire frío se reemplaza gradualmente por aire caliente.

El calentamiento del horno tiene una serie de ventajas indudables:

• no requiere conexión a comunicaciones eléctricas y de gas. Combustible: leña, carbón, briquetas de turba: por regla general, es barato y respetuoso con el medio ambiente, su combustión no daña el medio ambiente;
• el intercambio de calor por radiación es el más cómodo;

¡Interesante! La transferencia de calor por radiación (también conocida como radiante) es el único tipo de transferencia de calor que ocurre sin la participación de un refrigerante.

La estufa rusa calentó las casas de muchas generaciones de nuestros antepasados.

• la mayoría de las estufas caseraslarga quema o convencional) multifuncional, se puede usar no solo para calentar, sino también para calentar agua y cocinar (tanto dentro del horno como en la encimera);
• en la estación cálida, un enorme horno de ladrillos para una casa contribuye al aire acondicionado de la habitación: debido al hecho de que siempre se construye sobre una base separada, el exceso de calor se descarga al suelo;
• una estufa o chimenea crea un ambiente especial en el hogar y en muchos casos es un elemento que determina el estilo del interior.

La chimenea crea un ambiente especial en la casa y establece el estilo del interior.

Sin embargo, junto con las ventajas de calentar la estufa, también hay desventajas:

• dimensiones: el poder de las estufas de calefacción para una casa depende de sus dimensiones;
• Inercia: una estufa de ladrillo tradicional tarda mucho en calentarse y ponerse en funcionamiento. Es cierto que las estufas de hierro fundido modernas para la casa, las estufas de chimenea, las estufas de barriga y los bulerianos están prácticamente libres de este inconveniente;
• alta pérdida de calor debido a la baja eficiencia (eficiencia): una gran cantidad de energía térmica pasa a través de la chimenea a la atmósfera;
• la incapacidad de garantizar un calentamiento uniforme de la casa. El aire caliente desplaza gradualmente el aire frío, pero esto ocurre de manera desigual: la temperatura puede ser demasiado alta cerca de la estufa y demasiado baja a una distancia de ella;

¡Hecho! La estufa solo puede calentar aquellas habitaciones que están directamente adyacentes a ella. Por lo tanto, en partes del edificio alejadas de él, a menudo era necesario instalar una estufa adicional.

El principio de calentamiento de la estufa: una estufa caliente emite energía térmica al espacio circundante (intercambio de calor radiante), luego el aire frío se reemplaza por aire caliente (intercambio de calor por convección)

• la necesidad de un mantenimiento constante: la estufa requiere colocar leña, limpiar los pozos de ceniza de la escoria y las chimeneas del hollín y los escombros, mantener el proceso de combustión, regular el tiro;
• complejidad del control: es más difícil controlar el proceso de combustión de combustible en un horno que en calderas;
• la necesidad de una buena tracción: se necesita tracción para una combustión intensa, así como para la eliminación de monóxido de carbono;
• peligro de incendio: para garantizar la seguridad contra incendios, es necesario aislar las chimeneas, especialmente para una estufa en una casa de madera. Un factor de riesgo de incendio adicional es creado por el hecho de que es imposible detener instantáneamente el proceso de combustión en el horno;
• la necesidad de reabastecimiento y almacenamiento constante de las existencias de combustible, así como la eliminación de residuos: escorias y cenizas.

Para garantizar el funcionamiento del horno, se requiere su mantenimiento constante: colocación de leña, limpieza de cenizas y chimeneas, monitoreo del proceso de combustión, ajuste del tiro.

Una estufa con circuito de agua para calentar una casa: ventajas.

Como ya se mencionó, una estufa común no puede proporcionar un calentamiento uniforme de todas las habitaciones de la casa. En las estufas y chimeneas modernas, este problema se resuelve parcialmente instalando una cámara de convección a la que se conecta el sistema de conductos de aire. Como resultado, el flujo de aire caliente de la estufa no se deja solo, sino que se mueve en el espacio limitado de las tuberías y está regulado por pestillos, amortiguadores, rejillas y otros dispositivos adicionales.

Sin embargo, los conductos de aire son voluminosos, consumen espacio útil y la pérdida de calor aumenta con el aumento de su longitud y el número de vueltas. Necesitan supervisión y mantenimiento: limpieza periódica de polvo, hollín y hollín. El aire en sí tiene una capacidad calorífica específica baja; para transferir calor a una habitación alejada del horno, se requiere el bombeo forzado de masas de aire caliente mediante un ventilador. Por lo tanto, el agua, como portador de calor, es en muchos aspectos preferible al aire.

Sistema de calefacción combinado de una cabaña mediante estufa de chimenea con circuito de agua y colectores solares

¡Hecho! La capacidad calorífica específica del agua es casi 4 veces mayor que la capacidad calorífica específica del aire. Basta comparar 4,187 kJ / (kg × K) y 1,055 kJ / (kg × K).

El agua caliente se puede transportar fácilmente a través de tuberías de pequeño diámetro, mientras se transfiere energía térmica a largas distancias. Además, el agua es una sustancia inofensiva, no inflamable, no tóxica, químicamente neutra y fácilmente disponible.

El principio de funcionamiento de la calefacción de la estufa con un circuito de agua.

El principio de funcionamiento del circuito de calefacción es simple: el refrigerante (en este caso, el agua) se calienta durante la combustión del combustible, luego se propaga a través de las tuberías y emite calor al espacio circundante.

Diagrama de conexión de una chimenea con un intercambiador de calor de agua a un sistema de calefacción cerrado con una caldera de almacenamiento: 1 - válvula mezcladora; 2 - bomba de circulación; 3 - Tanque de expansión; 4 - válvula de emergencia; 5 - cámara de combustión con intercambiador de calor; 6 - caldera de almacenamiento; 7 - radiadores de calefacción

El prototipo de lo moderno calderas de combustible sólido y las estufas de leña de larga duración para el hogar son familiares para muchos: esto es "sueco". La estufa sueca tiene un depósito de metal incorporado, que se llena con agua fría antes de colocar leña y leña.Y, aunque el agua se calienta durante mucho tiempo durante el horno, emite calor el mismo tiempo, mucho después de que se apaga la llama.

Poco a poco, el tanque de agua se transformó en un intercambiador de calor, como resultado de lo cual fue posible conectar un sistema de líneas para calefacción del hogar y suministro de agua caliente.

Las estufas de calefacción modernas con placa de cocción u horno se ven elegantes y encajan perfectamente en cualquier interior

Construcción de hornos con calentamiento de agua.

Una característica distintiva de cualquier estufa para calentar una casa, equipada con un circuito de agua, es un intercambiador de calor, también llamado bobina, radiador o caldera. Este dispositivo puede calentar una cantidad ilimitada de agua. Las dimensiones y la forma del tanque dependen del volumen de la cámara de combustión y pueden variar en el rango más amplio.

Intercambiador de calor

En algunas modificaciones de estufas para calentar una casa, el intercambiador de calor se instala directamente en la cámara de combustión, pero con este método existe el peligro de una fuga de refrigerante (es decir, agua) o incluso una explosión cuando se sobrecalienta y hierve. Además, en este caso, la capacidad de la cámara de combustión disminuye inevitablemente. Una opción más segura es integrar el intercambiador de calor en la campana de la chimenea. En este caso, la mayor parte del aire caliente que sale de la cámara de combustión calentará el refrigerante y no escapará a la calle a través de la tubería.

Diagrama de instalación estufa de chimenea con circuito de agua para suministro de agua caliente

Cálculo de la potencia y dimensiones del intercambiador de calor.

El auto-cálculo de la potencia y el tamaño de un intercambiador de calor es una tarea bastante difícil para alguien que no es un ingeniero de calefacción, pero en la mayoría de los casos es posible hacer una estimación aproximada.

¡Aviso util! La práctica ha demostrado que con una altura de techo de 2,5 a 2,7 m por 10 m² el área de la casa requiere de 1 a 1,2 kW de potencia del sistema de calefacción.

Una estufa casera convencional de leña libera alrededor de 6,5 mil kcal en una hora, lo que es suficiente para calentar una pequeña casa de campo. La presencia de un circuito de agua duplicará el nivel de confort. Después de calcular la pérdida de calor, puede calcular la potencia del intercambiador de calor. La eliminación de calor de cada metro cuadrado de su área varía de 5 a 10 kW. Este hecho es la base para determinar la potencia requerida.

Al elegir un intercambiador de calor para una estufa o chimenea, es necesario tener en cuenta los parámetros de la estructura y el sistema de calefacción que contiene.

De hecho, no es necesario sumergirse en fórmulas complejas. Es suficiente contactar a los especialistas, quienes, guiados por tablas prefabricadas, seleccionarán un intercambiador de calor para el horno de una casa privada, correspondiente a los parámetros dados de la estructura y el sistema de calefacción en ella.

Material

Antes de decidir sobre el diseño del registro (también conocido como intercambiador de calor) del horno de la casa, debe decidir de qué material estará hecho. Hay varias opciones:

• cobre - Por un lado, la bobina de cobre es muy eficaz, ya que la conductividad térmica de este material es una de las mejores. Por otro lado, su punto de fusión es 1083 ° С, y en la cámara de combustión, en caso de situaciones de emergencia, cuya ocurrencia nunca se puede descartar por completo, puede elevarse a 1200 ° С. Por lo tanto, el uso de cobre en la cámara de combustión de un horno de ladrillos está estrictamente prohibido. Además, debe prestar atención al hecho de que el condensado formado durante el enfriamiento del circuito contiene compuestos químicos agresivos que causan corrosión;
• hierro fundido - Los radiadores de hierro fundido son muy resistentes a la corrosión, pero son frágiles, y las deformaciones térmicas que se producen durante el enfriamiento y el calentamiento pueden provocar grietas y daños en el intercambiador de calor. Además, un registro de hierro fundido, debido al hecho de que este metal es difícil de procesar, se ensambla a partir de piezas fundidas utilizando roscas y sellos, lo que conduce a una disminución en la confiabilidad de la unidad en su conjunto;

El horno holandés de ladrillos es uno de los hornos más simples con buena eficiencia y transferencia de calor.

• acero - el material más accesible y fácil de procesar. Se recomienda que los intercambiadores de calor estén hechos de acero resistente al calor con un espesor de 3 a 5 mm, utilizando tubos sin costura. Al mismo tiempo, debe mantener un modo de calentamiento en el que se forme la menor cantidad de condensado posible, y nunca drenar el refrigerante, porque los productos de acero están sujetos a corrosión;
• acero inoxidable resistente al calor- el mejor, pero también el material más caro para un radiador de estufa para una casa privada.

¡Aviso util! El acero más adecuado para el intercambiador de calor es el AISI 304. En la fabricación de piezas, es recomendable utilizar corte por láser y soldadura en atmósfera de argón.

El diseño de la estufa de chimenea con circuito de agua.

Diseño

El intercambiador de calor, dependiendo de su material, puede estar hecho de tubos redondos o rectangulares con forma, láminas de metal o una combinación de estas partes. La ubicación y el método de instalación están determinados por su forma:

• intercambiador de calor de chapa de acero - se puede colocar en el lugar más caliente, es decir, en la cámara de combustión. Para la fabricación, se utiliza una chapa de acero de 3 ÷ 4 mm de espesor en combinación con tuberías con un diámetro de 40 ÷ 50 mm para conectar las líneas de suministro y retorno. Para evitar la formación de tapones de vapor, la tubería de suministro de agua superior debe estar en el punto más alto del intercambiador de calor, ya que si una esclusa de vapor ingresa al sistema de calefacción, existe el riesgo de golpe de ariete. Lo que a su vez conducirá a la destrucción de tuberías o radiadores. Para evitar que el agua hierva en el intercambiador de calor, su espacio interno debe ser de al menos 30 mm;

Tubos de acero para la fabricación de intercambiadores de calor de hornos

• intercambiador de calor de tubería - está formado por tubos: redondos con un diámetro de 40 ÷ 50 mm o secciones de perfil rectangulares de 40 × 60 o 60 × 60 mm. También se puede ubicar en la cámara de combustión (siempre que no sea de cobre), la solución espacial depende del horno específico. Lo principal es que el dispositivo no debe obstruir la puerta de carga de combustible, las barras de rejilla y los conductos de humo. Si la estufa es una estufa de calefacción-cocina, entonces las tuberías del intercambiador de calor se colocan solo a lo largo de los planos laterales de la cámara de combustión;
• registro plano tubular - la mayoría de las veces se encuentran en los conductos de la chimenea o en la campana del horno, donde las condiciones son más suaves, por lo que pueden durar más que los radiadores en la cámara de combustión. Sus dimensiones son muy impresionantes, ya que están ubicadas en lugares donde la salida de calor es baja, y deben calcularse con anticipación, porque no debe haber obstáculos a la salida de los gases de combustión.

Es necesario colocar la estufa en la casa de acuerdo con las reglas de seguridad contra incendios.

Montaje

El intercambiador de calor solo debe instalarse en un horno doméstico exclusivo. Las instrucciones en video y foto confirman claramente la necesidad de atraer a un fabricante de estufas especializado y seguir una serie de reglas:

• Después de la fabricación, el intercambiador de calor debe ser presurizado dos veces con una presión de 6 bar: antes y después de la instalación en el horno;
• el intercambiador de calor se monta inmediatamente después de instalar los cimientos del horno, después de lo cual se coloca;
• ¡No se recomienda en absoluto encajar el intercambiador de calor en la mampostería del horno! Debe haber un espacio de 10 ÷ 15 mm entre él y las paredes, que compensa la expansión térmica;

Elementos de un sistema de calefacción combinado de una casa de campo con chimenea y colectores solares

• al instalar tuberías, deje un espacio de 5 mm y llénelo con un cordón de amianto u otro sellador resistente al calor;
• el tramo de tubería a la salida debe tener una longitud mínima de 10 ÷ 15 cm, lo que permitirá cortar una nueva rosca en caso de avería;
• las tuberías de calefacción están conectadas al intercambiador de calor solo mediante un sello resistente al calor;
• La reconstrucción del horno terminado para instalar un circuito de agua en él solo debe ser realizada por un especialista.

Para equipar la estufa, es mejor utilizar los servicios de un fabricante de estufas experimentado.

Funcionamiento de una estufa de chimenea con circuito de calentamiento de agua.

Para un funcionamiento sin problemas del sistema de calefacción, también debe seguir las reglas de funcionamiento:

1. No utilice el horno con un intercambiador de calor vacío: se quemará rápidamente.
2. No desconecte el intercambiador de calor del sistema de calefacción mientras el horno está funcionando. El agua se expande cuando se calienta y el aumento de presión puede provocar una explosión.
3. No suministre agua fría a un intercambiador de calor calentado. Las deformaciones térmicas pueden dañarlo.
4. Se puede utilizar una bomba de circulación para aumentar la eficiencia del sistema de calefacción.
5. Si es necesario, utilice anticongelante en el circuito del calentador de agua.
6. En el punto más bajo del sistema de calefacción, se debe proporcionar un grifo de drenaje de agua.

Para que el sistema de calefacción funcione sin problemas, observe las reglas de funcionamiento

Las principales desventajas de una estufa doméstica con calentamiento de agua.

Principales desventajas sistema de calentamiento de agua asociado con las propiedades físicas del refrigerante, es decir, agua. Congelando a 0 ° С, el agua (más precisamente, ya hielo) alcanza su volumen máximo a -4 ° С. La expansión del agua congelada en las tuberías puede provocar su rotura. Para evitar esto, es necesario drenar el agua del sistema de calefacción, si no se usa en la estación fría, o reemplazarla con un anticongelante especial.

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El cumplimiento de las reglas para operar la estufa en la casa, las instrucciones de fotos y videos ayudarán a evitar errores y sugerirán las mejores formas de neutralizar las deficiencias.

Es mejor pensar en instalar una estufa de ladrillos moderna en la etapa de diseño de la casa, ya que implica la disposición de una chimenea y conductos de aire.

Una estufa de ladrillo moderna con un circuito de agua para calentar una casa es una compleja estructura de ingeniería térmica. Su instalación requiere el desarrollo de un proyecto separado en la etapa de diseño de toda la estructura en su conjunto y, muy probablemente, no funcionará sin la participación de especialistas.