Una estufa con circuito de agua para calentar una casa: características de la calefacción por estufa + elección de la opción óptima
La leña y el carbón siguen siendo en muchas regiones los tipos de combustible más asequibles para calentar las casas privadas. Sin embargo, se elige la calefacción por estufa no solo por el bajo coste y la disponibilidad de energía, sino también por el bajo coste de su instalación.
Además, además de muchas ventajas, una estufa con circuito de agua para calentar una casa también tiene muchas desventajas. Esta opción no siempre es óptima. Intentemos comprender los matices de dicho sistema de calefacción.
El contenido del artículo:
Características de la calefacción por estufa.
La calefacción por estufa es la norma en las aldeas rusas, cuya fiabilidad y practicidad han sido probadas durante siglos. Y hoy en día, muchas casas de pueblo tienen hornos con hornillo para cocinar y hogar para hornear pan.
Algunos de ellos están equipados con circuito de agua para el sistema de calefacción, mientras que otros no. Pero los propietarios de viviendas rurales no tienen prisa por tirarlas a la basura y sustituirlas por calderas modernas. Aún no se ha inventado un método de calentamiento más sencillo y sin problemas.
En estas estufas rurales se quema como combustible lo siguiente:
- carbón;
- turba;
- leña;
- briquetas (eurowood).
No existe una diferencia fundamental entre estos tipos de combustible en términos del diseño de la estufa en el interior y el cableado del sistema de calentamiento de agua en una casa privada. Algunos desprenden más calor, mientras que otros tardan más en quemarse. Pero el diseño del hogar y la disposición de las tuberías de refrigerante en las habitaciones son los mismos en todos los casos.
Entre las ventajas de la calefacción por estufa se encuentran:
- no dependencia de la disponibilidad de electricidad en la red;
- costo relativamente bajo de instalación de un sistema de calefacción;
- bajo costo del combustible sólido y posibilidad de utilizar diferentes tipos de combustible;
- extrema facilidad de operación;
- transferencia de calor a largo plazo (para estructuras de ladrillo);
- Versatilidad: adecuado para calentar y cocinar alimentos al mismo tiempo.
Si una casa privada no se puede conectar al gas principal, la mejor opción para calentarla será una estufa de leña.
La única excepción es cuando no hay carbón o leña disponibles en un área particular. Pero esta opción en Rusia es la excepción y no la norma.
También entre las desventajas de la calefacción por estufa cabe mencionar:
- calentamiento prolongado del sistema antes de que comience la transferencia de calor;
- pérdida de espacio útil en la casa debido a la masividad de la estufa;
- gran peso de la estructura de la estufa de ladrillos;
- baja eficiencia debido a la pérdida de una cantidad significativa de calor en la tubería;
- alto riesgo de incendio si se usa incorrectamente.
Una estufa de ladrillo para calentar y cocinar para una casa privada con calentamiento de agua, según el diseño y el número de filas, puede pesar de 1,5 a 10 toneladas. Además, aquí se suma el peso de la tubería.
Una base para tal masa requiere una base poderosa y costosa, lo que también puede considerarse una desventaja de los sistemas de calefacción en consideración.
Dispositivo de calentamiento de agua de estufa
Lo ideal es que la caldera para el sistema de calefacción en cuestión se calcule y construya al mismo tiempo que la casa. Si ya se ha construido un edificio residencial, será difícil instalar una estructura de estufa de ladrillos en él. Y a menudo esto resulta completamente imposible debido a la necesidad de construir una base sólida y reconstruir el sistema de vigas.
El calentamiento de agua mediante estufa consta de:
- la propia estufa (metal o ladrillo);
- un intercambiador de calor dentro o alrededor de la cámara de combustión de la estufa, así como en forma de serpentín alrededor de la chimenea;
- un circuito con refrigerante distribuido por toda la casa y un depósito de expansión en el ático.
Además, en algunos casos, este sistema de calefacción se complementa con una bomba de circulación y un acumulador hidráulico. Sin embargo, esta opción ampliada se utiliza muy raramente, ya que requiere un suministro de energía ininterrumpida y conduce a un aumento en el costo de todo el circuito.
Y la principal ventaja de calentar una estufa de agua es el bajo costo del dispositivo. No vale la pena complementarlo con elementos costosos y propensos a romperse.
Diagrama de circulación de agua en el circuito.
El sistema de calentamiento de agua en las casas se construye con circulación natural (gravitacional) o forzada del refrigerante.Si está hecho sobre la base de una estufa de leña, lo mejor es dar preferencia a la primera opción.
Se recomienda instalar calefacción por estufa de agua solo en casas de un piso con un área de hasta 150 m2. En este caso, se puede hacer gravitacional sin bombas adicionales.
Si necesita calentar una cabaña de dos o más pisos, es mejor hacerlo con una caldera más potente. El horno para tales edificios tendrá que construirse simplemente enorme, lo cual es costoso de implementar. Sí, y tendrás que ponerle cantidades considerables de combustible cada vez. Pero se desaconseja hacer esto debido al mayor riesgo de incendios.
Un sistema de calefacción de estufa clásico con circulación natural de agua consta de:
- intercambiador de calor como parte de la estufa;
- circuito de tuberías metálicas;
- radiadores (generalmente reemplazados por tubos gruesos en las habitaciones);
- Tanque de expansión.
Si decide calentar agua en una casa de campo usted mismo, es mejor diseñarla de acuerdo con este esquema. La instalación y cálculo de esta opción es más sencilla que con el movimiento forzado del agua.
Si la caldera está automatizada y calienta constantemente el agua según sea necesario, entonces la estufa de leña se calienta una o dos veces al día. Es en estos momentos cuando el refrigerante de la cámara de combustión de la estufa se calienta para liberar calor a las habitaciones. Después, conducirlo con una bomba por las tuberías del circuito no tiene sentido. De todos modos, nada calentará el agua en una cámara de combustión fría.
Al elegir una estufa de leña o carbón, los propietarios de casas particulares suelen contar con un sistema de calefacción autónomo. Si instala en él equipos de bombeo que requieren energía de la red eléctrica para su funcionamiento, será difícil hablar de autonomía.
Horno: ladrillo o metal.
Un horno de ladrillos tarda más en calentarse, pero también tarda más en transferir calor al espacio que lo rodea. La contraparte de acero, por el contrario, se calienta rápidamente y se enfría con la misma rapidez después de que se quema el combustible. Este problema se soluciona parcialmente debido a la presencia de grandes volúmenes de refrigerante en el circuito de agua.
Sin embargo, cuanta más agua haya que almacenar en el sistema, más caro será en términos de materiales.
Un horno de acero para calentar agua con una potencia de 5 a 15 kW; sin combustible ni agua, es una estructura que pesa entre 100 y 300 kg. Una estufa de barriga de este tipo se puede colocar de forma segura sobre troncos reforzados. Los cimientos de la estufa se deben verter cuando la estufa pesa más de 700 a 800 kg. Ahora bien, si se trata de ladrillos, definitivamente no puedes prescindir del trabajo concreto.
En comparación con una estufa de metal, una estufa de ladrillo pesa más, cuesta más y es más difícil de instalar. Sin embargo, tiene mayor eficiencia y menor riesgo de congelar el circuito con rotura de tubería debido a la formación de hielo en su interior. Si decide hacer todo completamente para usted y su residencia permanente, se recomienda elegir la opción de ladrillo.
Tuberías: acero inoxidable o metal-plástico.
Si el sistema de calefacción está construido sobre la base de una caldera de agua caliente, entonces se puede conectar no solo con tubos de acero, sino también con tubos de metal, plástico y polipropileno.Sin embargo, si el agua se calienta con una estufa de leña, entonces el circuito con el refrigerante debe crearse únicamente de acero inoxidable.
El metal-plástico está diseñado para funcionar con refrigerante calentado a 90-95 °C. Durante un breve periodo de tiempo puede soportar un calentamiento de hasta 110-120 °C. Al mismo tiempo, la automatización de calderas y calderas inicialmente no permite que el agua se caliente a tales grados. En el caso de calefacción por suelo radiante, calienta hasta 30-45 °C y en radiadores, hasta 60-65 °C.
Sin embargo, en el caso de una estufa de leña, las temperaturas por debajo de los cien grados no sólo son posibles, sino que tampoco son infrecuentes. No se recomienda correr riesgos y jugar a la ruleta rusa colocando esta estufa con tubos de metal y plástico. Lo mejor es dar preferencia al acero inoxidable más fiable.
Además, los tubos que salen del horno desde el serpentín para conectar los tubos del circuito seguramente se calentarán a temperaturas muy altas. Están separados de un fuego abierto por menos de medio metro. Es peligroso conectarles tubos de plástico debido al riesgo de que se derritan.
Disipación de calor - radiadores o registro
El calor se suministra desde la estufa al circuito de calefacción en porciones de varias horas, mientras que en la cámara de combustión se quema leña o carbón. Si no hay suficiente agua en el sistema de calefacción, la casa se secará rápidamente. Por lo tanto, en las aldeas, dicha calefacción generalmente se fabrica con gruesos tubos de acero y no sobre la base de radiadores, más familiares para los habitantes de la ciudad. La rejilla de calefacción para estufas de leña es sencillamente perfecta.
Una tubería de acero inoxidable con un diámetro de 80 a 120 mm colocada por toda la casa es un registro de calefacción, que consta de un suministro desde la estufa y un retorno a ella. En la habitación más alejada de la cámara de combustión, estas líneas están conectadas entre sí y en las habitaciones restantes se colocan en forma de dos tuberías a lo largo de las paredes exteriores.
La caja registradora no parece tan estética como el radiador. Pero la primera opción es mucho más barata y más fácil de hacer tú mismo que la segunda. Para implementarlo, solo es necesario tener experiencia en el manejo de una máquina de soldar.
El área de transferencia de calor para dicho circuito se calcula multiplicando el número PI por el diámetro y la longitud de la tubería. Además, en los cálculos es necesario tener en cuenta la presión térmica en el suministro y el retorno, así como la distancia vertical entre las tuberías.
Sin embargo, a menudo no se realizan tales cálculos, sino que se toma una tubería con un diámetro de 80 a 100 mm y se coloca alrededor del perímetro de todo el edificio residencial con un bucle en la trastienda. En este caso, la transferencia de calor se ajusta "a ojo" y de forma experimental como resultado de agregar un volumen particular de combustible a la cámara de combustión.
No en vano son tan comunes los circuitos de registro acoplados a calderas de agua. Ni siquiera es necesario calcularlos, basta con coger un tubo adecuado y soldarlo.
Seleccionar un intercambiador de calor para el horno.
El intercambiador de calor de la estufa puede ser de cobre, acero o hierro fundido. Es mejor excluir inmediatamente la opción del cobre debido al alto precio. Soldar un dispositivo de este tipo usted mismo es extremadamente problemático.
El hierro fundido es superior al acero en términos de parámetros técnicos. Sin embargo, hacer usted mismo un intercambiador de calor para una estufa de leña parece problemático. Para ello sólo puedes llevar una batería vieja. Pero aquí hay que tener en cuenta que el sello entre sus secciones se quemará en el horno. Y este es un camino directo a la pérdida de estanqueidad y a la fuga de agua a la cámara de combustión.
Si se decide fabricar el intercambiador de calor con una batería de hierro fundido, lo mejor es elegir los modelos MS-110-300 o MS-90-300. Son pequeños y caben fácilmente en la cámara de combustión. Su superficie de calentamiento para cada nervadura será de aproximadamente 0,14 a 0,16 m2.
Con base en estos números, puede estimar cuántas secciones se necesitarán para un circuito en particular. Por cada 10 metros cuadrados de superficie de una casa se necesita 1 kW, lo que equivaldrá aproximadamente a 0,1 m2 Área de calentamiento de un intercambiador de calor de hierro fundido.
Otro punto del uso de una batería de hierro fundido como intercambiador de calor es la dificultad para limpiarla del hollín del interior de la cámara de combustión. De vez en cuando es necesario limpiar la cámara de combustión, y las nervaduras elevadas del hierro fundido interferirán en gran medida con esto.
La opción más óptima para un intercambiador de calor es el acero en forma de:
- una bobina de varios tubos;
- Camisas de chapa de acero.
Están fabricados de acero con bajo contenido de carbono St10...St20 con un espesor de 4 a 5 mm. Si toma tubos, entonces con un diámetro de 30 a 50 mm.
La versión tubular es más eficiente en términos de transferencia de calor, pero su fabricación también requiere más mano de obra.
Para calcular el intercambiador de calor, use la fórmula:
Qy=K*(Tcp-Tk)
Dónde:
- k – coeficiente de transferencia de calor del material (para aceros con bajo contenido de carbono se toma entre 15 y 20, y para fundición gris, 50);
- TCP – temperatura media del medio de calentamiento en el horno (Tmax+Tmin)/2;
- tk – temperatura media del refrigerante (Tsupply + Treturn)/2.
Si se quema leña en la estufa, entonces Tcp=(700+300)/2=500 °C y Tk=(80+60)/2=70 °C. Como resultado, Qy=15*(500-70)=6450 kcal/hora. Es decir, por metro cuadrado de superficie del intercambiador de calor frente al fuego será de aproximadamente 7,5 kW/hora.
Para el carbón, los cálculos son los siguientes: Tcp=(1000+600)/2=800 °C y Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10.950 kcal/hora=12.734 W/hora. Un metro cuadrado de superficie de intercambiador de calor producirá aproximadamente 12,7 kW/hora.
A continuación, dividimos la potencia necesaria para calentar una casa en particular por la cifra calculada, según los planes para utilizar un tipo particular de combustible.
Por ejemplo, para una cabaña de 150 m.2 Necesitas unos 15 kW. Si se calienta con leña, se necesitará un intercambiador de calor con un área de intercambio de calor de 15/7,5 = 2 m2. Esta es la superficie que se enfrenta a la llama y se calienta.
Si se selecciona una bobina tubular, su longitud se calcula mediante la fórmula:
S=2*3,14*D*L
Dónde:
S – área de diseño;
D - diametro del tubo;
l - longitud requerida.
Los parámetros de una camisa de chapa de acero son aún más fáciles de calcular; normalmente consta de dos rectángulos a los lados de la cámara de combustión.
Elegir la mejor opción
Será difícil instalar una enorme estufa de ladrillos en una casa ya construida. En este caso, el calentamiento de agua se organiza mejor sobre la base de una estufa de barriga de metal, que se puede colocar sobre un piso de madera reforzado sin verter la base.
Sin embargo, si es posible hacer la base como debería ser, entonces se debe dar preferencia a una estructura de estufa de ladrillos más confiable.
Instalar una bomba de circulación y/o un acumulador en el circuito de calefacción en cuestión es una pérdida de dinero y ningún beneficio adicional. Solo complicarán la instalación del sistema. Y si se corta la luz, estos dispositivos crearán problemas. Mientras que la opción de calefacción sin ellos seguirá calentando tranquilamente la casa si hay problemas en la red eléctrica.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Elegir la forma de un intercambiador de calor para una estufa de leña:
Revisión de una estufa de ladrillos para calentar agua en una cabaña de verano:
Construcción de una estufa de ladrillo para calentar y cocinar con análisis del orden de diseño:
Es difícil considerar ideal y altamente eficiente el calentamiento de agua basado en una estufa de leña. Pero esta opción para calentar casas privadas es la más confiable, además de económica y fácil de implementar. Simplemente no es necesario complementar dicho circuito con una bomba de circulación y automatización. Funcionan desde la red eléctrica y hacen que todo el sistema no sea autónomo, eliminando una de sus principales ventajas.
Si tengo una casa de dos pisos de 6x8, ¿es posible hacer una caldera con circuito de agua, pero sin bomba de circulación? Está claro que con una bomba es mejor: calentamiento más uniforme de las baterías, etc., pero me gustaría ahorrar dinero.
Sí, esto es bastante posible. Tengo un sistema de este tipo en mi casa de campo desde hace más de cinco años. Estufa, tanque de expansión en el ático, cuatro baterías (dos en el primero, dos en el segundo piso), sistema monotubo, metal-plástico, lleno de anticongelante. Si tienes casa, entonces incluso puedes llenarla de agua, será aún mejor. Tanto en términos de fluidez como de capacidad calorífica. Por tanto, es muy posible prescindir de una bomba.
Se olvidaron de agregar que, por regla general, también se integra una caldera de agua caliente en dicho horno. Entonces resuelve dos problemas a la vez.
Hola. Tengo una pregunta sobre la estufa. Marco dacha, qué estufa elegir, hay muchas opciones y críticas, tanto positivas como negativas.
Sólo había una pregunta: ¿qué tipo de combustible (tipo de carbón) es mejor usar si la estufa está equipada con una caldera de agua caliente?
Mucha agua innecesaria.
¿Por qué no instalar un bypass con la bomba? La autonomía no desaparecerá, si hay un corte de energía, apagamos la bomba y la hacemos funcionar en flujo directo... sobre todo porque estas bombas son económicas y consumen hasta 100 W con una columna de hasta 6 m (si alguien tiene 2 pisos) con varios modos de bombeo. Además, hay un sistema de alimentación ininterrumpida y un banco de energía de 220 V, pero esto resultará caro. ¡Así que vamos con el bypass!