Um fogão com circuito de água para aquecimento de uma casa: opções de implementação

Um recuperador de calor moderno é usado com sucesso para aquecer uma casa privada

Vantagens e desvantagens do aquecimento do fogão

Regular fogão à lenha ou lareira aquecer a sala devido a uma combinação de radiação e troca de calor por convecção. As maciças paredes aquecidas do forno emitem energia térmica, transferindo-a para o ar e os móveis da sala. O ar frio é gradualmente substituído por ar quente.

O aquecimento do forno tem uma série de vantagens indiscutíveis:

• não requer conexão com comunicações elétricas e de gás. Combustível: lenha, carvão, briquetes de turfa - via de regra, é barato e ecologicamente correto, sua combustão não agride o meio ambiente;
• a troca de calor por radiação é a mais confortável;

Interessante! A transferência de calor por radiação (também conhecida como radiante) é o único tipo de transferência de calor que ocorre sem a participação de um refrigerante.

O fogão russo aquecia as casas de muitas gerações de nossos ancestrais

• a maioria dos fogões domésticos (longa queima ou convencional) multifuncional, pode ser utilizado não só para aquecimento, mas também para aquecimento de água e cozimento (tanto no interior do forno como na placa);
• na estação quente, um forno maciço de tijolos para uma casa contribui para a climatização da sala: por ser sempre construído sobre uma fundação separada, o excesso de calor é retirado para o solo;
• um recuperador de calor ou lareira cria um ambiente especial na casa e, em muitos casos, é um elemento que define o estilo do interior.

A lareira cria uma atmosfera especial na casa e define o estilo do interior

No entanto, junto com as vantagens do aquecimento do fogão, também existem desvantagens:

• dimensões - o poder de aquecimento de fogões para uma casa depende de suas dimensões;
• inércia - um fogão tradicional de alvenaria demora muito para aquecer e entrar em funcionamento. É verdade que fogões de ferro fundido modernos para a casa, fogões de lareira, fogões de barrilete e buleryans estão praticamente livres desse inconveniente;
• alta perda de calor devido à baixa eficiência (eficiência) - uma grande quantidade de energia térmica passa pela chaminé para a atmosfera;
• a incapacidade de garantir o aquecimento uniforme da casa. O ar quente desloca gradualmente o ar frio, mas isso ocorre de forma desigual - a temperatura pode ser muito alta perto do fogão e muito baixa à distância dele;

Facto! O fogão só pode aquecer as divisões diretamente adjacentes a ele. Portanto, em partes distantes do prédio, muitas vezes era necessário providenciar um fogão adicional.

O princípio do aquecimento do fogão - um fogão quente irradia energia térmica para o espaço circundante (troca de calor radiante), então o ar frio é substituído por ar aquecido (troca de calor por convecção)

• a necessidade de manutenção constante - a estufa exige o assentamento de lenha, limpeza de cinzeiros de escória e chaminés de fuligem e entulho, mantendo o processo de combustão, regulando a tiragem;
• complexidade de controle - é mais difícil controlar o processo de combustão do combustível em um forno do que em caldeiras;
• a necessidade de boa tração - a tração é necessária para a combustão intensa, bem como para a remoção do monóxido de carbono;
• perigo de incêndio - para garantir a segurança contra incêndios, é necessário o isolamento das chaminés, especialmente no caso de um fogão numa casa de madeira. Um fator adicional de risco de incêndio é criado pelo fato de que uma parada instantânea do processo de combustão no forno é impossível;
• a necessidade de constante reabastecimento e armazenamento de estoque de combustível, bem como destinação de resíduos: escórias e cinzas.

Para garantir o funcionamento da estufa é necessária a sua manutenção constante: colocação de lenha, limpeza de cinzeiros e chaminés, acompanhamento do processo de combustão, regularização da tiragem

Fogão com circuito de água para aquecimento de casa: vantagens

Como já mencionado, um fogão comum não é capaz de fornecer aquecimento uniforme a todos os cômodos da casa. Nos fogões e lareiras modernos, esse problema é parcialmente resolvido com a instalação de uma câmara de convecção à qual o sistema de dutos de ar é conectado. Como resultado, o fluxo de ar quente da estufa não é deixado por sua própria conta, mas se move no espaço limitado dos tubos e é regulado por travas, amortecedores, grades e outros dispositivos adicionais.

No entanto, os dutos de ar são volumosos, ocupam espaço útil e a perda de calor aumenta com o aumento do comprimento e do número de voltas. Eles precisam de supervisão e manutenção: limpeza periódica de poeira, fuligem e fuligem. O próprio ar tem uma baixa capacidade de calor específica; para transferir calor para uma sala distante do forno, é necessário o bombeamento forçado de massas de ar aquecidas por um ventilador. Portanto, a água é preferível ao ar como um transportador de calor em muitos aspectos.

Sistema de aquecimento combinado de um chalé através de recuperador de calor com circuito de água e colectores solares

Facto! A capacidade de calor específico da água é quase 4 vezes maior do que a capacidade de calor específico do ar. Basta comparar 4,187 kJ / (kg × K) e 1,055 kJ / (kg × K).

A água quente pode ser facilmente transportada através de dutos de pequeno diâmetro, enquanto transfere energia térmica por longas distâncias. Além disso, a água é uma substância inofensiva, não inflamável, não tóxica, quimicamente neutra e prontamente disponível.

O princípio de funcionamento de uma estufa de aquecimento com circuito de água

O princípio de funcionamento do circuito de aquecimento é simples - o refrigerante (neste caso, a água) aquece durante a combustão do combustível e, em seguida, espalha-se pelos tubos, libertando calor para o espaço circundante.

Esquema de ligação de uma lareira com permutador de calor de água a um sistema de aquecimento fechado com caldeira de acumulação: 1 - válvula misturadora; 2 - bomba de circulação; 3 - tanque de expansão; 4 - válvula de emergência; 5 - fornalha com trocador de calor; 6 - caldeira de armazenamento; 7 - radiadores de aquecimento

O protótipo do moderno caldeiras de combustível sólido e fogões a lenha para uma longa queima para a casa é familiar para muitos - este é "sueco". Um tanque de metal é embutido no fogão sueco, que é enchido com água fria antes de colocar lenha e gravetos.E, embora a água aqueça por muito tempo durante a fornalha, ela libera calor durante o mesmo tempo - muito depois de a chama se apagar.

Gradualmente, a caixa d'água foi transformada em trocador de calor, com o que se tornou possível conectar um sistema de linhas para aquecimento doméstico e abastecimento de água quente.

Fogões de aquecimento modernos com fogão ou forno parecem elegantes e se encaixam perfeitamente em qualquer interior

Construção de fornos com aquecimento de água

Uma característica distintiva de qualquer fogão para aquecimento de uma casa, equipado com um circuito de água, é um trocador de calor, também chamado de bobina, radiador ou caldeira. Este dispositivo é capaz de fornecer aquecimento de uma quantidade ilimitada de água. As dimensões e a forma do tanque dependem do volume da câmara de combustão e podem variar na mais ampla faixa.

Trocador de calor

Em algumas modificações de fogões para aquecimento de uma casa, o trocador de calor é instalado diretamente na fornalha, mas com este método há o perigo de vazamento do líquido refrigerante (ou seja, água) ou mesmo de explosão quando sobreaquece e ferve. Além disso, neste caso, a capacidade da câmara de combustão diminui inevitavelmente. Uma opção mais segura é integrar o trocador de calor na coifa. Neste caso, a maior parte do ar quente que sai da fornalha aquece o refrigerante e não escapará pelo cano para a rua.

Diagrama de instalação lareira com circuito de água para abastecimento de água quente

Cálculo da potência e dimensões do trocador de calor

O autocálculo da potência e do tamanho de um trocador de calor é uma tarefa bastante difícil para quem não é engenheiro de aquecimento, mas na maioria dos casos é possível fazer uma estimativa aproximada.

Conselho util! A prática provou que com uma altura de teto de 2,5 a 2,7 m por 10 m² a área da casa requer de 1 a 1,2 kW de potência do sistema de aquecimento.

Um fogão doméstico convencional a lenha libera cerca de 6,5 mil kcal em uma hora, o que é suficiente para aquecer uma pequena casa de campo. A presença de um circuito de água duplicará o nível de conforto. Depois de calcular a perda de calor, você pode calcular a potência do próprio trocador de calor. A remoção de calor de cada metro quadrado de sua área varia de 5 a 10 kW. Este fato é a base para determinar a potência necessária.

Ao escolher um permutador de calor para recuperador ou lareira, é necessário ter em consideração os parâmetros da estrutura e do sistema de aquecimento nela existente.

Na verdade, não há necessidade de mergulhar em fórmulas complexas. Basta contactar os especialistas que, guiados por mesas pré-fabricadas, irão seleccionar um permutador de calor para a fornalha de uma casa privada, correspondendo aos parâmetros dados da estrutura e do sistema de aquecimento nela existente.

Material

Antes de decidir sobre o projeto do registro (também conhecido como o trocador de calor) do forno para a casa, você deve decidir de que material ele será feito. Existem várias opções:

• cobre - por um lado, a bobina de cobre é muito eficaz, pois a condutividade térmica deste material é uma das melhores. Por outro lado, seu ponto de fusão é de 1083 ° С, e na fornalha - em caso de situações de emergência cuja ocorrência nunca pode ser totalmente descartada - pode chegar a 1200 ° С. Portanto, o uso de cobre na fornalha de um fogão de tijolos é estritamente proibido. Além disso, é preciso atentar para o fato de que o condensado formado durante o resfriamento do circuito contém compostos químicos agressivos que causam corrosão;
• ferro fundido - os radiadores de ferro fundido são muito resistentes à corrosão, mas são frágeis, e as deformações térmicas que ocorrem durante o resfriamento e o aquecimento podem causar rachaduras e danos ao trocador de calor. Além disso, um registro de ferro fundido - devido ao fato deste metal ser difícil de processar - é montado a partir de peças fundidas por meio de roscas e vedações, o que leva a uma diminuição na confiabilidade da unidade como um todo;

O forno holandês de tijolos é um dos fornos mais simples, com boa eficiência e transferência de calor.

• aço - o material mais acessível e facilmente processado. Recomenda-se que os trocadores de calor sejam feitos de aço resistente ao calor com espessura de 3 a 5 mm, utilizando tubos sem costura. Ao mesmo tempo, deve-se manter um modo de aquecimento no qual se forme o mínimo possível de condensado e nunca drenar o líquido de arrefecimento, pois os produtos de aço estão sujeitos à corrosão;
• aço inoxidável resistente ao calor- o melhor, mas também o mais caro material para um radiador de fogão para uma casa particular.

Conselho util! O aço mais adequado para o trocador de calor é o AISI 304. Na fabricação de peças, é desejável o uso de corte a laser e soldagem em atmosfera de argônio.

O desenho do recuperador de calor com circuito de água

Projeto

O trocador de calor - dependendo do seu material - pode ser feito de tubos redondos ou retangulares em forma de chapa, ou uma combinação dessas partes. O local e o método de instalação são determinados por sua forma:

• trocador de calor de chapa de aço - pode ser colocado no local mais quente, ou seja, na câmara de combustão. Para a fabricação, uma chapa de aço de 3 ÷ 4 mm de espessura é usada em combinação com tubos com um diâmetro de 40 for 50 mm para conectar as linhas de fornecimento e retorno. Para evitar a formação de rolhas de vapor, o tubo superior de abastecimento de água deve estar no ponto mais alto do trocador de calor, pois se uma rolha de vapor entrar no sistema de aquecimento, existe o risco de golpe de aríete. Que por sua vez levará à destruição de tubos ou radiadores. Para evitar que a água do trocador ferva, sua folga interna deve ser de no mínimo 30 mm;

Tubos de aço para fazer trocador de calor de forno

• tubo trocador de calor - é feito de tubos: redondos com um diâmetro de 40 × 50 mm ou seções de perfil retangular de 40 × 60 ou 60 × 60 mm. Também pode ser colocado na fornalha (desde que não seja de cobre), a solução espacial depende do forno específico. O principal é que o dispositivo não obstrua a porta de carregamento de combustível, grades e canais de circulação de fumaça. Se o fogão for um fogão de aquecimento-cozimento, então os tubos do trocador de calor são colocados apenas ao longo dos planos laterais da câmara de combustão;
• registro plano tubular - na maioria das vezes estão localizados nas condutas da chaminé ou no exaustor, onde as condições são mais amenas, podendo durar mais do que os radiadores da fornalha. Suas dimensões são muito impressionantes, pois estão localizados em locais onde a produção de calor é baixa, e devem ser calculados com antecedência, pois não deve haver obstáculos para a saída dos gases de combustão.

É necessário colocar o fogão em casa respeitando as normas de segurança contra incêndio

Montagem

O trocador de calor só deve ser instalado em um forno doméstico dedicado. As instruções em vídeo e foto confirmam claramente a necessidade de atrair um fabricante de fogões especializado e observar uma série de regras:

• Após a fabricação, o trocador de calor deve ser pressurizado duas vezes com pressão de 6 bar: antes e depois da instalação no forno;
• o trocador de calor é montado imediatamente após a fundação do forno ser instalada, após o qual é colocada;
• Não é absolutamente recomendável cunhar o trocador de calor na alvenaria do forno! Deve haver um espaço de 10 ÷ 15 mm entre ele e as paredes para compensar a dilatação térmica;

Elementos de um sistema de aquecimento combinado de uma casa com lareira e coletores solares

• ao instalar os tubos, deixe um espaço de 5 mm e preencha com um cordão de amianto ou outro selante resistente ao calor;
• a seção do tubo na saída deve ter um comprimento mínimo de 10 ÷ 15 cm, o que permitirá o corte de um novo fio em caso de avaria;
• os tubos de aquecimento são conectados ao trocador de calor apenas por meio de uma vedação resistente ao calor;
• A reconstrução do forno pronto para instalar um circuito de água só deve ser feita por um especialista.

Para equipar o fogão, é melhor usar os serviços de um fabricante de fogões experiente

Funcionamento de recuperador de calor com circuito de aquecimento de água

Para uma operação sem problemas do sistema de aquecimento, você também deve seguir as regras de operação:

1. Não use o forno com um trocador de calor vazio: ele queimará rapidamente.
2. Não desconecte o trocador de calor do sistema de aquecimento enquanto o forno estiver funcionando. A água se expande quando aquecida e o aumento da pressão pode causar uma explosão.
3. Não forneça água fria a um trocador de calor aquecido. As deformações térmicas podem danificá-lo.
4. Uma bomba de circulação pode ser usada para melhorar a eficiência do sistema de aquecimento.
5. Se necessário, use anticongelante no circuito do aquecedor de água.
6. No ponto mais baixo do sistema de aquecimento, deve ser instalada uma torneira de drenagem de água.

Para que o sistema de aquecimento funcione sem problemas, siga as regras de operação

As principais desvantagens de um fogão doméstico com aquecimento de água

Principais desvantagens sistema de aquecimento de água associado às propriedades físicas do refrigerante, ou seja, água. Congelando a 0 ° С, a água (mais precisamente, já gelo) atinge seu volume máximo a -4 ° С. A expansão da água congelada nas tubulações pode levar ao seu rompimento. Para evitar isso, é necessário drenar a água do sistema de aquecimento se não for utilizada na estação fria ou substituí-la por um anticongelante especial.

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O cumprimento das normas de funcionamento do recuperador de calor em casa, instruções fotográficas e de vídeo ajudam a evitar erros e sugerem as melhores formas de neutralizar deficiências.

É melhor pensar em instalar um moderno forno de tijolos na fase de projeto da casa, pois envolve a disposição de uma chaminé e dutos de ar

Um moderno fogão de tijolos com um circuito de água para aquecer uma casa é uma complexa estrutura de engenharia de engenharia de calor. A sua instalação requer o desenvolvimento de um projeto distinto na fase de concepção de toda a estrutura como um todo e, muito provavelmente, não dispensará o envolvimento de especialistas.