Oven met watercircuit voor verwarming van het huis: kenmerken van ovenverwarming + keuze van de optimale variant

Hout en kolen blijven in veel regio's de meest toegankelijke brandstoffen waarmee particuliere villa's worden verwarmd. Echter, kachelverwarming wordt niet alleen gekozen vanwege de goedkoopheid en algemene beschikbaarheid van de energiebron, maar ook vanwege de lage prijs van de installatie ervan.

Daarnaast heeft een kachel met watercircuit voor woningverwarming naast vele voordelen ook tal van nadelen. Deze optie is lang niet altijd optimaal. Laten we proberen de nuances van een dergelijk verwarmingssysteem te begrijpen.

Kenmerken van verwarming op basis van een kachel

Kachelverwarming is de norm voor Russische dorpen, waarvan de betrouwbaarheid en praktijkgerichtheid al eeuwenlang bewezen is. En vandaag de dag staan er in veel dorpshuizen kachels met een kookplaat voor het bereiden van voedsel en een oven voor het bakken van brood.

Sommige zijn uitgerust met een watercircuit van het verwarmingssysteem, andere niet. Maar eigenaren van plattelandswoningen haasten zich niet om ze weg te gooien en te vervangen door moderne ketels. Een meer storingsvrije en probleemloze verwarmingsmethode is nog niet bedacht.

Zonder watercircuit in huis kan een houtkachel slechts een kleine ruimte om zich heen verwarmen. Voor het verwarmen van één of twee kamers is deze optie acceptabel, maar voor een groot villa is dat niet het geval.

Als brandstof in dergelijke dorpskachels worden verbrand:

• steenkool;
• turf;
• hout;
• briketten (eurohout).

Er is geen principieel verschil tussen deze brandstoftypen wat betreft de inrichting van de kachel van binnen en de aanleg van het waterverwarmingssysteem in een particulier huis. Sommige geven meer hitte, andere branden langer. Maar de constructie van de stookkamer en het schema van de buizenaanleg met warmtedrager door de kamers zijn in alle gevallen hetzelfde.

Bij het kiezen voor kachelverwarming moet u niet de brandveiligheidsnormen voor de constructie van bakstenen kachels vergeten – alleen strikte naleving ervan kan het risico op brand tot een minimum beperken.

Tot de voordelen van kachelverwarming behoren:

• onafhankelijkheid van de aanwezigheid van elektriciteit in het net;
• relatief lage kosten van de installatie van het verwarmingssysteem;
• goedkoopheid van vaste brandstof en de mogelijkheid om verschillende soorten te gebruiken;
• uiterste eenvoud in gebruik;
• langdurige warmteafgifte (voor bakstenen constructies);
• Universaliteit – geschikt voor zowel verwarming als het bereiden van maaltijden.

Indien een particulier huis niet op het gasnet kan worden aangesloten, dan is een houtkachel de beste keuze voor de verwarming ervan.

De enige uitzondering is wanneer steenkool of brandhout niet beschikbaar zijn in een specifieke regio. Maar een dergelijk scenario is in Rusland eerder uitzondering dan regel.

De twee grootste nadelen van kachels met een watercircuit zijn de onmogelijkheid om de werking te automatiseren en de problematische regeling van de warmteafgifte in afzonderlijke kamers.

Ook uit de nadelen van kachelverwarming moeten worden genoemd:

• lange opwarmtijd van het systeem voordat de warmteafgifte begint;
• verlies van veel nuttige ruimte in het huis vanwege de massieve kachel;
• groot gewicht van de kachelconstructie van baksteen;
• laag rendement vanwege het verloren gaan van een aanzienlijke hoeveelheid warmte via de schoorsteen;
• hoog brandgevaar bij oneigenlijk gebruik.

Een bakstenen kachel voor verwarming en koken in een particulier huis met waterverwarming kan, afhankelijk van de constructie en het aantal lagen, tussen de 1,5 en 10 ton wegen. Daar komt nog het gewicht van de schoorsteen bij.

De fundering voor een dergelijke massa moet stevig en duur zijn, wat ook als een nadeel van de betreffende verwarmingssystemen kan worden beschouwd.

Constructie van een kachelwaterverwarming

De kachel voor het betreffende verwarmingssysteem moet idealiter tegelijk met het huis worden ontworpen en gebouwd. Als de woning al is gebouwd, zal het moeilijk zijn om er een bakstenen kachelconstructie in te plaatsen. Vaak is dit zelfs onmogelijk vanwege de noodzaak van een stevige fundering en het aanpassen van de dakspantconstructie.

Een kachel voor waterverwarming in een particulier huis kan niet alleen van baksteen worden gemaakt, maar ook van staal in de vorm van een kachel met warmtewisselingsbuizen rond de vuurkist om het verwarmingsmedium te verhitten.

Waterverwarming op basis van een kachel bestaat uit:

• de kachel zelf (metalen of bakstenen);
• een warmtewisselaar in of rond de vuurkist van de kachel, alsook in de vorm van een spiraal rond de schoorsteen;
• een door het huis verdeeld circuit met verwarmingsmedium en een expansievat op zolder.

Ook wordt dit verwarmingssysteem in sommige gevallen aangevuld met een circulatiepomp en een hydraulische accumulator. Een dergelijke uitgebreide variant wordt echter zeer zelden toegepast, omdat het een ononderbroken stroomvoorziening vereist en leidt tot een hogere kostprijs van het gehele systeem.

Maar het belangrijkste voordeel van waterverwarming met een kachel is de lage kostprijs van de installatie. Het is niet de moeite waard om het aan te vullen met dure en storingsgevoelige onderdelen.

Schema van watercirculatie in het circuit

Het waterverwarmingssysteem in huizen wordt opgezet met natuurlijke (zwaartekracht) of geforceerde circulatie van het verwarmingsmedium. Als het op basis van een houtkachel wordt gemaakt, kan men het beste de voorkeur geven aan de eerste optie.

Het schema van de natuurlijke watercirculatie is goedkoper dan het gedwongen alternatief, en heeft bovendien geen elektriciteit nodig.

Het wordt aanbevolen om waterverwarming met een kachel alleen te installeren in eengezinswoningen met een oppervlakte van maximaal 150 m². In dat geval kunt u het zwaartekrachtgestuurd maken zonder extra pompen.

Als u een huis met twee of meer verdiepingen moet verwarmen, kunt u dit beter doen met een krachtigere ketel. De kachel voor dergelijke gebouwen zou simpelweg enorm groot moeten worden gebouwd, wat duur is in de uitvoering. Ook zou u elke keer aanzienlijke hoeveelheden brandstof moeten toevoegen. Dit wordt ten zeerste afgeraden vanwege het verhoogde risico op brand.

Het klassieke systeem van kachelverwarming met natuurlijke watercirculatie bestaat uit:

• een warmtewisselaar in de kachel;
• een circuit van metalen leidingen;
• radiatoren (meestal vervangen door dikke buizen in de kamers);
• een expansievat.

Als u ervoor kiest om de waterverwarming in uw buitenhuis zelf te doen, kunt u het beter volgens dit schema ontwerpen. De installatie en berekening van deze variant is eenvoudiger uit te voeren dan met geforceerde watercirculatie.

Een systeem met een circulatiepomp is meer geschikt voor ketels; op basis van een kachel verliest het zijn verhoogde efficiëntie in warmteafgifte.

Als een boiler geautomatiseerd is en het water constant verwarmt indien nodig, wordt een houtkachel een of twee keer per dag gestookt. Op die momenten wordt de warmtedrager in de vuurkist van de kachel verwarmd om warmte af te geven aan de kamers. Het heeft geen zin om het daarna met een pomp door de leidingen van het circuit te laten circuleren. Niets zal het water in de koude vuurkist nog verwarmen.

Bij de keuze voor een kachel op hout of steenkool verwachten eigenaren van particuliere huizen doorgaans een autonoom verwarmingssysteem te krijgen. Als er pompapparatuur wordt geïnstalleerd die stroom uit het elektriciteitsnet nodig heeft, is het moeilijk om van autonomie te spreken.

Kachel – bakstenen of metalen

Een bakstenen kachel heeft meer tijd nodig om op te warmen, maar geeft ook langer warmte af aan de omgeving. Een stalen exemplaar daarentegen warmt snel op en koelt ook snel af nadat de brandstof is opgebrand. Dit probleem wordt deels opgelost door de aanwezigheid van grote volumes warmtedrager in het watercircuit.

Hoe meer water er echter in het systeem moet worden opgeslagen, des te duurder wordt het qua materialen.

Een metalen kachel met waterspiraal voor het verwarmingscircuit in particuliere huizen mag direct op een houten vloer worden geplaatst zonder speciale fundering.

Een stalen kachel voor waterverwarming met een vermogen van 5–15 kW – zonder brandstof en water weegt de constructie 100–300 kg. Zo’n kachel kan zonder problemen op versterkte balken worden geplaatst. Kachelfunderingen moeten worden gestort wanneer de kachel meer dan 700–800 kg weegt. Als hij van baksteen is, kunt u niet zonder betonwerk.

In vergelijking met een metalen kachel, weegt een stenen kachel meer, kost meer en is moeilijker te installeren. Het heeft echter een hoger rendement en minder risico op bevriezing van het circuit met leidingbreuk door ijsvorming binnenin. Als u besluit om het grondig voor uzelf en voor permanente bewoning te doen, wordt aanbevolen om voor de stenen optie te kiezen.

Buizen – roestvrij staal of metaalkunststof

Als het verwarmingssysteem is gebaseerd op een boiler, dan kan de leidingaansluiting niet alleen met stalen buizen worden gemaakt, maar ook met metaal-plastic en polypropyleen. Als het water echter wordt verwarmd door een houtkachel, dan mag het circuit met koelvloeistof alleen van roestvrij staal worden gemaakt.

Bij een grote lading brandhout kan het water in de spiraal van de vuurkist snel opwarmen tot 100 graden en koken; alleen staal kan dergelijke temperaturen langdurig weerstaan.

Metaal-plastic is ontworpen om te werken met koelvloeistof die is verwarmd tot 90–95 °C. Het kan kortstondig worden verhit tot 110–120 °C. De automatisering van ketels en boilers staat echter niet toe dat het water tot dergelijke temperaturen wordt verwarmd. Voor vloerverwarming wordt het verwarmd tot 30–45 °C, en voor radiatoren tot 60–65 °C.

In het geval van een houtkachel zijn temperaturen rond de honderd graden niet alleen mogelijk, maar ook verre van zeldzaam. Het wordt afgeraden om te riskeren en Russische roulette te spelen door deze kachel aan te sluiten met metaal-plastic buizen. Het is het beste om te kiezen voor betrouwbaarder roestvrij staal.

Bovendien zullen de aansluitingen die uit de vuurkist komen van de spiraal voor het aansluiten van de circuitbuizen zeker tot zeer hoge temperaturen worden verhit. Ze zijn minder dan een halve meter verwijderd van het open vuur. Het is gevaarlijk om er plastic buizen op aan te sluiten vanwege het risico op smelten.

Warmteafgifte – radiatoren of register

De warmtetoevoer van de kachel naar het verwarmingscircuit vindt plaats in porties gedurende enkele uren, terwijl er brandhout of steenkool in de vuurkist brandt. Als er weinig water in het verwarmingssysteem zit, koelt het huis snel af. Daarom wordt in dorpen een dergelijke verwarming meestal gemaakt van dikke stalen buizen, in plaats van op basis van radiatoren die meer bekend zijn bij stadsbewoners. Het verwarmingsregister voor houtkachels is gewoon ideaal.

Het klassieke schema van waterkachelverwarming met natuurlijke circulatie gaat uit van direct contact van water met de atmosfeer via een expansievat, maar lucht in de koelvloeistof is gecontra-indiceerd voor gewone radiatoren.

Een roestvrijstalen buis met een diameter van 80–120 mm die door het huis is gelegd, is een verwarmingsregister, bestaande uit een aanvoer van de kachel en een retour ernaartoe. In de kamer die het verst van de vuurkist verwijderd is, worden deze leidingen met elkaar verbonden, en in de andere kamers worden ze als twee leidingen langs de buitenmuren gelegd.

Het register ziet er niet zo esthetisch uit als de radiator. Maar de eerste optie is veel goedkoper en eenvoudiger zelf te maken dan de tweede. Voor de uitvoering ervan hoeft u alleen maar ervaring te hebben met het gebruik van een lasapparaat.

Het warmteafgifte-oppervlak voor een dergelijk circuit wordt berekend door het getal pi te vermenigvuldigen met de diameter en de lengte van de buis. Daarnaast moet u bij de berekeningen rekening houden met de thermische druk in aanvoer en retour, en ook met de verticale afstand tussen de leidingen.

Echter, vaak worden dergelijke berekeningen niet uitgevoerd, maar wordt er een buis met een diameter van 80–100 mm genomen en langs de omtrek van het hele woongebouw gelegd, met een lusvorming in de verste kamer. De regeling van de warmteafgifte gebeurt daarbij op het oog en door ervaring, door een bepaalde hoeveelheid brandstof in de vuurhaard te laden.

Niet voor niets zijn circuits van registers in combinatie met waterovens zo wijdverbreid. U hoeft ze niet eens te berekenen, het volstaat om een geschikte buis te nemen en deze te lassen.

Warmtewisselaar voor de stookkamer selecteren

U kunt de warmtewisselaar voor de kachel maken van koper, staal of gietijzer. De koperen optie kunt u beter meteen uitsluiten vanwege de hoge prijs. Het zelf solderen van een dergelijk apparaat is uiterst problematisch.

Gietijzeren radiatoren moeten voorzichtig in de vuurhaard worden geplaatst – door thermische schok kunnen afzonderlijke secties loskomen van aangrenzende elementen.

Gietijzer wint qua technische parameters van staal. Het is echter problematisch om er zelf een warmtewisselaar voor een houtkachel van te maken. U kunt hiervoor alleen een oude radiator nemen. Maar u moet er rekening mee houden dat de afdichting tussen de secties in de vuurhaard zal verbranden. En dat leidt direct tot verlies van dichtheid en water dat de verbrandingskamer binnendringt.

Als u besluit de warmtewisselaar van een gietijzeren radiator te maken, kunt u het beste de modellen MS-110-300 of MS-90-300 nemen. Deze zijn klein en passen gemakkelijk in de vuurhaard. Het verwarmingsoppervlak per ribbe is ongeveer 0,14–0,16 m².

Op basis van deze cijfers kunt u inschatten hoeveel secties er nodig zijn voor een specifiek circuit. Voor elke 10 vierkante meter woonoppervlak is 1 kW nodig, wat ongeveer gelijk is aan 0,1 m² verwarmingsoppervlak van de gietijzeren warmtewisselaar.

De ribben van een gietijzeren radiator worden meestal verbonden met pakkingen van hittebestendig rubber. In een kachelvuurhaard zal zo'n rubberen afdichting verbranden; u moet deze vervangen door een asbestkoord.

Een ander punt bij het gebruik van een gietijzeren radiator als warmtewisselaar is de moeilijkheid om deze van binnenuit in de vuurhaard van roet te reinigen. Van tijd tot tijd moet de verbrandingskamer worden gereinigd, en de reliëfribben van het gietijzeren element zullen dit sterk hinderen.

De meest optimale optie voor een warmtewisselaar is stalen in de vorm van:

• een spiraal van meerdere buizen;
• een mantel van plaatstaal.

Ze worden gemaakt van koolstofarm staal St10…St20 met een dikte van 4–5 mm. Als u buizen neemt, dan met een diameter van 30–50 mm.

Een stalen warmtewisselaar maken is het eenvoudigst van plaatstaal – echter neemt daarbij alleen het oppervlak dat naar het vuur in de verbrandingskamer is gericht deel aan de warmteoverdracht.

De buisvariant is in termen van warmteoverdracht efficiënter, maar de vervaardiging ervan is arbeidsintensiever.

Voor de berekening van de warmtewisselaar dient u de volgende formule te gebruiken:

Qy=K*(Tcp-Tk)

waarbij:

• K – warmteoverdrachtscoëfficiënt van het materiaal (voor koolstofarm staal wordt 15–20 aangehouden, en voor grijs gietijzer – 50);
• Tcp – gemiddelde temperatuur van de verwarmende omgeving in de verbrandingskamer (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – gemiddelde temperatuur van de warmtedrager (Taanvoer+Tretour)/2.

Indien in de kachel hout wordt verbrand, dan is Tcp=(700+300)/2=500 °C en Tk=(80+60)/2=70 °C. Uiteindelijk is Qy=15*(500-70)=6450 kcal/uur. Dat wil zeggen dat per vierkante meter van het naar het vuur gerichte oppervlak van de warmtewisselaar ongeveer 7,5 kW/uur wordt verkregen.

Voor kool zijn de berekeningen als volgt – Tcp=(1000+600)/2=800 °C en Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10.950 kcal/uur=12.734 W/uur. Een vierkante meter van het oppervlak van de warmtewisselaar levert ongeveer 12,7 kW/uur.

Vervolgens deelt u het benodigde vermogen voor het verwarmen van een specifiek huis door het berekende getal, afhankelijk van de plannen voor het gebruik van de een of andere brandstofsoort.

Bijvoorbeeld, voor een huis van 150 m² is ongeveer 15 kW nodig. Als het met hout wordt verwarmd, dan is een warmtewisselaar nodig met een warmtewisseloppervlak van 15/7,5=2 m². Dit is het oppervlak dat naar de vlam is gericht en wordt verhit.

Indien gekozen wordt voor een buizenspiraal, wordt de lengte ervan berekend met de formule:

S=2*3,14*D*L

waarbij:

S – berekend oppervlak;

D – diameter van de buizen;

L – benodigde lengte.

De parameters van de mantel van staalplaat zijn nog eenvoudiger te berekenen, deze bestaat meestal uit twee rechthoeken aan de zijkanten van de verbrandingskamer.

De meest optimale optie kiezen

In een reeds gebouwd huis is het moeilijk om een massieve stenen kachel te plaatsen. Waterverwarming kan in dit geval het beste worden georganiseerd op basis van een metalen kachel, die op een versterkte houten vloer mag worden geplaatst zonder het storten van een fundering.

Echter, als het mogelijk is om een funderingsbasis zoals vereist te maken, dan verdient de betrouwbaardere stenen kachelconstructie de voorkeur.

Het watercircuit door het huis voor een houtkachel kan het beste worden gemaakt van dikke stalen buizen en met natuurlijke circulatie van de warmtedrager.

Het installeren van een circulatiepomp en/of een hydraulisch accumulatievat in het beschouwde verwarmingscircuit is geldverspilling en levert nul extra voordeel op. Ze maken de installatie van het systeem alleen maar ingewikkelder. En bij stroomuitval zullen deze apparaten alleen maar problemen veroorzaken. Terwijl de verwarmingsvariant zonder hen bij problemen in het elektriciteitsnet rustig het huis zal blijven verwarmen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Keuze van de vorm van de warmtewisselaar in de houtkachel:

Overzicht van de bakstenen kachel voor waterverwarming in een vrijstaand huis:

Constructie van een bakstenen kachel voor verwarming en koken met een analyse van de laagindeling:

Het is moeilijk om waterverwarming op basis van een houtkachel ideaal en zeer efficiënt te noemen. Maar deze manier van verwarming van particuliere huizen is het meest betrouwbaar, evenals goedkoop en eenvoudig te implementeren. Alleen moet u dit circuit niet aanvullen met een circulatiepomp en automatisering. Ze werken op het elektriciteitsnet en maken het hele systeem niet-autonoom, waardoor een van de belangrijkste voordelen teniet wordt gedaan.