Stufa con circuito ad acqua per riscaldamento domestico: caratteristiche del riscaldamento a stufa + scelta dell'opzione ottimale

La legna e il carbone restano in molte regioni i combustibili più accessibili, con cui vengono riscaldate le villette private. Tuttavia, il riscaldamento a stufa non viene scelto solo per l'economicità e l'ampia disponibilità del vettore energetico, ma anche per il basso costo della sua installazione.

Tuttavia, oltre a molti vantaggi, la stufa con circuito d'acqua per il riscaldamento domestico presenta anche numerosi svantaggi. Non sempre questa opzione è ottimale. Proviamo a comprendere le sfumature di un tale sistema di riscaldamento.

Caratteristiche del riscaldamento basato su stufa

Il riscaldamento a stufa è la norma per i villaggi russi, la cui affidabilità e praticità sono state verificate nei secoli. E ancora oggi in molte case di villaggio ci sono stufe con piano cottura e camera per la panificazione.

Alcune sono dotate di circuito d'acqua dell'impianto di riscaldamento, altre no. Ma i proprietari delle abitazioni rurali non hanno fretta di buttarle via e sostituirle con caldaie moderne. Non è stato ancora inventato un metodo di riscaldamento più affidabile e privo di problemi.

Senza un circuito d'acqua per la casa, una stufa a legna può riscaldare solo un piccolo spazio intorno a sé. Per riscaldare una o due stanze questa opzione è accettabile, ma per un grande cottage no.

Come combustibile in tali stufe di villaggio si bruciano:

• carbone;
• torba;
• legna;
• bricchetti (legna da ardere europea).

Non c'è differenza sostanziale tra questi tipi di combustibile dal punto di vista della struttura interna della stufa e della distribuzione dell'impianto di riscaldamento ad acqua in una casa privata. Alcuni forniscono più calore, altri bruciano più a lungo. Ma la struttura del focolare e lo schema di distribuzione dei tubi con il liquido termovettore nelle stanze sono gli stessi in tutti i casi.

Quando si sceglie il riscaldamento a stufa, non bisogna dimenticare le norme antincendio per la costruzione di stufe in mattoni – solo la loro osservanza rigorosa consentirà di ridurre al minimo il rischio di incendio.

Tra i vantaggi del riscaldamento a stufa figurano:

• assenza di dipendenza dalla disponibilità di elettricità nella rete;
• costo relativamente basso dell'installazione dell'impianto di riscaldamento;
• basso costo del combustibile solido e possibilità di utilizzare diversi tipi;
• semplicità estrema di funzionamento;
• rilascio prolungato del calore (per le strutture in mattoni);
• versatilità – adatta sia per il riscaldamento che per la cottura dei cibi.

Se non è possibile allacciare una casa privata al gas di rete, la stufa a legna sarà la scelta migliore per il suo riscaldamento.

L'unica eccezione è quando il carbone o la legna non sono disponibili in una determinata località. Ma in Russia questa opzione è più un'eccezione che una norma.

I due principali svantaggi delle stufe con circuito d'acqua sono l'impossibilità di automatizzare il funzionamento e la difficoltà di regolare la resa termica nelle singole stanze.

Inoltre, tra gli svantaggi del riscaldamento a stufa vanno menzionati:

• lungo tempo di riscaldamento dell'impianto prima dell'inizio della cessione di calore;
• perdita di molto spazio utile in casa a causa della mole della stufa;
• peso elevato della struttura in mattoni della stufa;
• basso rendimento a causa della dispersione di una quantità significativa di calore nel camino;
• elevato rischio di incendio in caso di uso improprio.

Una stufa in mattoni per riscaldamento e cottura per una casa privata con riscaldamento ad acqua, a seconda della costruzione e del numero di corsi, può pesare da 1,5 a 10 tonnellate. A ciò si aggiunge il peso del camino.

Per una tale massa è necessaria una fondazione robusta e costosa, il che può essere considerato un altro svantaggio dei sistemi di riscaldamento in questione.

Struttura del riscaldamento a stufa ad acqua

La stufa per il sistema di riscaldamento in questione dovrebbe idealmente essere progettata e costruita contemporaneamente alla casa. Se l'edificio residenziale è già stato eretto, sarà difficile installarvi una struttura in mattoni. Spesso ciò risulta del tutto impossibile a causa della necessità di realizzare una fondazione solida e di modificare la struttura del tetto.

La stufa per il riscaldamento ad acqua in una casa privata può essere realizzata non solo in mattoni, ma anche in acciaio, sotto forma di stufa a legna metallica con tubi di scambio termico intorno al focolare per riscaldare il fluido termovettore.

Il riscaldamento ad acqua basato su stufa è composto da:

• dalla stufa stessa (metallica o in mattoni);
• da uno scambiatore di calore all'interno o intorno al focolare, nonché a forma di serpentina intorno al camino;
• da un circuito distribuito per la casa con fluido termovettore e un vaso di espansione in soffitta.

In alcuni casi questo impianto di riscaldamento viene integrato con una pompa di circolazione e un accumulatore idraulico. Tuttavia, questa variante estesa viene utilizzata molto raramente, poiché richiede un'alimentazione elettrica ininterrotta e comporta un aumento dei costi dell'intero sistema.

Il principale vantaggio del riscaldamento ad acqua con stufa è il basso costo del sistema. Non vale la pena integrarlo con componenti costosi e soggetti a guasti.

Schema di circolazione dell'acqua nel circuito

Il sistema di riscaldamento ad acqua nelle case viene realizzato con circolazione naturale (per gravità) o forzata del fluido termovettore. Se è basato su una stufa a legna, è meglio optare per la prima soluzione.

Lo schema di distribuzione con circolazione naturale dell'acqua è più economico rispetto all'analogo forzato e, a differenza di quest'ultimo, non richiede alimentazione elettrica.

Si consiglia di installare il riscaldamento a stufa ad acqua solo in case a un piano con superficie fino a 150 m². In questo caso, può essere realizzato a gravità senza pompe aggiuntive.

Se è necessario riscaldare un cottage di due o più piani, è meglio farlo utilizzando una caldaia più potente. Per tali edifici, la stufa dovrebbe essere semplicemente enorme, il che è costoso da realizzare. Inoltre, ogni volta bisognerebbe caricare notevoli quantità di combustibile. È fortemente sconsigliato farlo a causa dell'aumento dei rischi di incendio.

Il classico sistema di riscaldamento a stufa con circolazione naturale dell'acqua è composto da:

• uno scambiatore di calore all'interno della stufa;
• un circuito di tubazioni metalliche;
• radiatori (solitamente sostituiti da tubi spessi nelle stanze);
• un vaso di espansione.

Se si decide di realizzare da soli il riscaldamento ad acqua in una casa di campagna, è meglio progettarlo secondo questo schema. L'installazione e il calcolo di questa opzione sono più facili da eseguire rispetto a quella con circolazione forzata.

Il sistema con pompa di circolazione è più adatto per le caldaie; su una stufa perde la sua maggiore efficienza nella trasmissione del calore.

Se la caldaia è automatizzata e riscalda l'acqua costantemente secondo necessità, la stufa a legna viene accesa una o due volte al giorno. È in questi momenti che il fluido termovettore si riscalda nel focolare della stufa per cedere calore agli ambienti. Successivamente, è inutile farlo circolare con la pompa attraverso i tubi del circuito. Nulla riscalderà l'acqua nel focolare freddo.

Scegliendo una stufa a legna o a carbone, i proprietari di case private di solito contano di ottenere un sistema di riscaldamento autonomo. Se si installa una pompa che richiede alimentazione dalla rete elettrica, sarà difficile parlare di autonomia.

Stufa – in mattoni o metallica

La stufa in mattoni impiega più tempo a scaldarsi, ma anche a rilasciare calore nello spazio circostante. L'analogo in acciaio, al contrario, si riscalda rapidamente e si raffredda altrettanto rapidamente dopo la combustione del combustibile. Questo problema è parzialmente risolto dalla presenza di grandi volumi di fluido termovettore nel circuito dell'acqua.

Tuttavia, maggiore è la quantità di acqua da immagazzinare nel sistema, più costoso risulta in termini di materiali.

È consentito installare una stufa metallica con serpentina ad acqua per il circuito di riscaldamento in case private direttamente sul pavimento in legno senza predisporre una fondazione speciale.

Stufa in acciaio per riscaldamento ad acqua con potenza 5–15 kW – senza combustibile e acqua questa struttura pesa 100–300 kg. Questo tipo di stufa può essere installato senza timore su travetti rinforzati. È necessario gettare le fondamenta per la stufa quando questa pesa più di 700–800 kg. Se invece è in mattoni, allora non si può evitare il lavoro in cemento.

Rispetto a una stufa metallica, quella in mattoni pesa di più, costa di più ed è più difficile da installare. Tuttavia ha un rendimento maggiore e minori rischi di congelamento del circuito con rottura dei tubi a causa della formazione di ghiaccio all'interno. Se si decide di fare un lavoro importante per sé e per vivere permanentemente, si consiglia di optare per la versione in mattoni.

Tubi – acciaio inossidabile o metalloplastica

Se l'impianto di riscaldamento è basato su una caldaia a acqua calda, è consentito realizzare il suo collegamento non solo con tubi in acciaio, ma anche in metalloplastica e polipropilene. Tuttavia, se l'acqua viene riscaldata da una stufa a legna, il circuito con il fluido termovettore deve essere realizzato solo in acciaio inox.

Con un grande carico di legna, l'acqua nel serpentino della camera di combustione può riscaldarsi rapidamente fino a 100 gradi e bollire; solo l'acciaio è in grado di resistere a tali temperature per lungo tempo.

La metalloplastica è progettata per funzionare con un fluido termovettore riscaldato a 90–95 °C. Può sopportare brevemente un riscaldamento fino a 110–120 °C. Inoltre, i controlli automatici delle caldaie e degli scaldabagni non permettono inizialmente il riscaldamento dell'acqua a tali temperature. Per i pavimenti riscaldati, l'acqua viene riscaldata a 30–45 °C, e per i radiatori a 60–65 °C.

Tuttavia, nel caso di una stufa a legna, temperature prossime ai cento gradi non sono solo possibili, ma tutt'altro che rare. Non si consiglia di rischiare e di giocare alla roulette russa realizzando il collegamento di questa stufa con tubi in metalloplastica. È meglio dare la preferenza all'acciaio inossidabile più affidabile.

Inoltre, i tubi che escono dalla camera di combustione dal serpentino per il collegamento dei tubi del circuito si surriscalderanno certamente a temperature molto elevate. Distano meno di mezzo metro dal fuoco aperto. Collegare a essi qualsiasi tubo di plastica è pericoloso a causa del rischio di fusione di questi ultimi.

Scambio termico – radiatori o registro

La fornitura di calore dalla stufa al circuito di riscaldamento avviene a intervalli di diverse ore, finché nella camera di combustione bruciano legna o carbone. Se c'è poca acqua nell'impianto di riscaldamento, la casa si raffredderà rapidamente. Per questo motivo, nei villaggi, questo tipo di riscaldamento viene solitamente realizzato con tubi in acciaio spessi, piuttosto che con i radiatori più familiari agli abitanti delle città. Il registro di riscaldamento per stufe a legna è semplicemente ideale.

Lo schema classico del riscaldamento a stufa ad acqua con circolazione naturale prevede il contatto diretto dell'acqua con l'atmosfera attraverso un vaso di espansione, ma l'aria nel fluido termovettore è controindicata per i normali radiatori.

Il tubo in acciaio inossidabile di diametro 80–120 mm installato in casa è un registro di riscaldamento, composto dalla mandata dalla stufa e dal ritorno alla stessa. Nella stanza più lontana dal focolare, queste linee vengono unite, mentre nelle altre stanze vengono posate come due tubazioni lungo le pareti esterne.

Il registro non è esteticamente gradevole come un radiatore. Ma la prima opzione è molto più economica e più facile da costruire da soli rispetto alla seconda. Per realizzarlo, basta avere esperienza con la saldatrice.

La superficie di scambio termico per un tale circuito si calcola moltiplicando il Pi greco per il diametro e la lunghezza del tubo. Inoltre, nei calcoli bisogna considerare la pressione termica nella mandata e nel ritorno, nonché la distanza verticale tra le tubazioni.

Tuttavia, spesso questi calcoli non vengono effettuati, e si prende un tubo di diametro 80–100 mm e lo si posa lungo il perimetro dell'intero edificio residenziale, chiudendo l'anello nella stanza più lontana. La regolazione dello scambio termico viene fatta 'a occhio' e per tentativi, a seconda della quantità di combustibile caricata nel focolare.

Non a caso i circuiti costituiti da registri insieme a stufe ad acqua sono così diffusi. Non è nemmeno necessario calcolarli, basta prendere un tubo adatto e saldarlo.

Selezione dello scambiatore di calore per il focolare

Lo scambiatore di calore per la stufa può essere realizzato in rame, acciaio o ghisa. È meglio escludere subito l'opzione in rame a causa dell'elevato costo. Saldare da soli un dispositivo del genere è estremamente problematico.

Installare radiatori in ghisa all'interno del focolare deve essere fatto con cautela – a causa dello shock termico, singole sezioni potrebbero staccarsi dagli elementi adiacenti.

La ghisa è superiore all'acciaio dal punto di vista tecnico. Tuttavia, realizzare a mano uno scambiatore di calore in ghisa per una stufa a legna è problematico. Si può solo prendere un vecchio radiatore. Ma bisogna considerare che la guarnizione tra le sue sezioni brucerà nel focolare. E questo porta direttamente alla perdita di tenuta e alla fuoriuscita di acqua nella camera di combustione.

Se si decide di realizzare lo scambiatore di calore da un radiatore in ghisa, è meglio scegliere i modelli MS-110-300 o MS-90-300. Sono piccoli e possono essere facilmente collocati nel focolare. La superficie di riscaldamento per ogni aletta sarà di circa 0,14–0,16 m².

Sulla base di questi numeri, si può stimare quante sezioni sono necessarie per un determinato circuito. Per ogni 10 metri quadrati di superficie della casa serve 1 kW, che corrisponde approssimativamente a 0,1 m² di superficie di riscaldamento dello scambiatore in ghisa.

Le alette di un radiatore in ghisa sono solitamente unite con l'uso di guarnizioni in gomma termoresistente. In un focolare di stufa, questa guarnizione in gomma brucerà, quindi va sostituita con un cordone di amianto.

Un altro aspetto dell'utilizzo di una batteria in ghisa come scambiatore di calore è la difficoltà di pulirla dalla fuliggine all'interno della camera di combustione. Di tanto in tanto è necessario pulire la camera di combustione, e le coste in rilievo della ghisa costituiranno un notevole ostacolo.

La soluzione più ottimale per lo scambiatore di calore è in acciaio, nelle seguenti forme:

• a serpentina composta da più tubi;
• a camicia in lamiera d'acciaio.

Vengono realizzati in acciaio a basso tenore di carbonio St10…St20 con spessore di 4-5 mm. Se si utilizzano tubi, il diametro è di 30-50 mm.

Realizzare uno scambiatore di calore in acciaio è più semplice partendo dalla lamiera d'acciaio – tuttavia, nello scambio termico parteciperà soltanto la superficie rivolta verso l'interno della camera di combustione, verso il fuoco.

La versione tubolare è più efficiente in termini di scambio termico, ma è anche più laboriosa da realizzare.

Per calcolare lo scambiatore di calore si deve utilizzare la formula:

Qy=K*(Tcp-Tk)

dove:

• K – coefficiente di trasmissione termica del materiale (per gli acciai a basso tenore di carbonio si assume 15-20, per la ghisa grigia 50);
• Tcp – temperatura media del mezzo riscaldante nella camera di combustione (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – temperatura media del fluido termovettore (Tmandata+Tritorno)/2.

Se nella stufa si brucia legna, allora Tcp=(700+300)/2=500 °C e Tk=(80+60)/2=70 °C. Di conseguenza Qy=15*(500-70)=6450 kcal/h. Cioè, per metro quadrato di superficie dello scambiatore rivolta verso il fuoco si ottengono circa 7,5 kW/h.

Per il carbone i calcoli sono: Tcp=(1000+600)/2=800 °C e Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/h=12 734 W/h. Un metro quadrato di superficie dello scambiatore fornirà circa 12,7 kW/h.

Successivamente, si divide la potenza necessaria per riscaldare una specifica casa per il valore calcolato, in base ai piani di utilizzo di un determinato tipo di combustibile.

Ad esempio, per una villetta di 150 m² sono necessari circa 15 kW. Se verrà riscaldata a legna, sarà necessario uno scambiatore di calore con una superficie di scambio termico di 15/7,5=2 m². Questa è la superficie rivolta verso la fiamma e che si riscalda.

Se si sceglie un serpentino tubolare, la sua lunghezza si calcola con la formula:

S=2*3,14*D*L

dove:

S – superficie calcolata;

D – diametro dei tubi;

L – lunghezza necessaria.

I parametri della camicia in lamiera d'acciaio sono ancora più semplici da calcolare; di solito è costituita da due rettangoli ai lati della camera di combustione.

Scelta dell'opzione più ottimale

In una casa già costruita sarà difficile installare una massiccia stufa in mattoni. In questo caso, il riscaldamento ad acqua è meglio organizzarlo basandosi su una stufa metallica, che può essere posizionata su un pavimento in legno rinforzato senza gettare le fondamenta.

Tuttavia, se è possibile realizzare una base di fondazione adeguata, è meglio dare la preferenza a una più affidabile struttura di stufa in mattoni.

Il circuito idraulico in casa per una stufa a legna è meglio realizzarlo con tubi di acciaio spessi e con circolazione naturale del fluido termovettore.

Installare una pompa di circolazione e/o un accumulatore idraulico nel circuito di riscaldamento considerato è una perdita di denaro e zero benefici aggiuntivi. Complicano solo l'installazione dell'impianto. E in caso di interruzione di corrente, questi dispositivi creano addirittura problemi. Mentre una soluzione di riscaldamento senza di essi, in caso di problemi alla rete elettrica, continuerà a riscaldare la casa senza problemi.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Scelta della forma dello scambiatore di calore per una stufa a legna:

Panoramica di una stufa in mattoni per riscaldamento ad acqua in una casa di campagna:

Costruzione di una stufa in mattoni per riscaldamento e cottura con analisi della disposizione dei mattoni:

È difficile definire ideale e altamente efficiente un riscaldamento ad acqua basato su una stufa a legna. Ma questa opzione di riscaldamento per una casa privata è la più affidabile, oltre che economica e semplice da realizzare. Solo che non è necessario integrare questo circuito con una pompa di circolazione e automazione. Funzionano dalla rete elettrica e rendono tutto l'impianto non autonomo, annullando uno dei suoi principali vantaggi.