如何用一台壁炉实现全屋供暖?

2020.03.20 阅读量:910 分享到:
版权所有:平客壁炉

通常来说,燃木壁炉/火炉(本文中简称壁炉)多用于局部供暖。近段时间以来,越来越多的客户来电咨询,希望只用一台壁炉给整栋别墅供暖,这个目标能实现吗?如果能,有几种途径?何种方案最佳?今天我们就来讨论一下这个话题。


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我们常见的全屋供暖系统由燃气锅炉+地暖盘管组成,锅炉是制热设备,燃烧天然气产生热水;地暖盘管是分热设备,把热水输送到各个房间。普通的燃木壁炉没有水箱和水管接头,无法连接地暖盘管和暖气片等分热设备组成系统。不过,这种情况已经改变,近年来在欧洲和北美市场上出现了一些带有内置水箱的壁炉,它们是专门为中央供暖系统设计的,既可以供暖,又可以提供生活热水。我们平客也第一时间从国外进口了这种水暖壁炉和配套的水泵、阀门、储水罐,搭建了实验模型,下面我就谈谈对这套系统的使用感受。


燃木 燃气和太阳能 共同驱动的供暖系统.jpg

 

先说说优点。壁炉水暖系统的耗电量很小(只有循环水泵用一点电,几十瓦),无需电力增容,无需天然气扩容,特别适合在缺电少气的地区使用。木柴容易获得,便于运输储存,价格低廉,是理想的可再生能源,温室气体净排放量约等于零(即通常所说的“碳中性”)……

用壁炉搭建水暖系统的缺点也很突出,主要有如下几方面:

1、系统复杂。木柴的燃烧进程不像天然气和电力那样说停就能停,从停止添柴到火焰熄灭有一个相当长的过程。一旦停电或者水泵出现故障,水循环立刻停止,壁炉水箱中的水就有可能沸腾。为了及时将蒸气压力释放掉,燃木水暖系统必须采用开放式结构,这就需要用到补水水箱、膨胀罐、热泄露散热片、水流控制器、储水罐、温控器、循环水泵、减压阀等一些列周边设备,其中有些部件还需要进口,整个系统比较复杂,价格不菲。

双开放式结构 生活用水没有管网压力 .jpg

 

2 系统占地面积大,需要专门的设备间放置大容量储水罐。


平客壁炉教你如何用一台壁炉实现全屋供暖?.jpg

 

 

3 施工时间长,造价高。

4 壁炉不是自动化设备,每隔两小时左右需要手动添柴。

综合分析了上述优缺点之后,我们认为用壁炉搭建水暖系统虽然可行,但局限性较大,初装成本高,除了在林业资源丰富的地区有现实意义外,难以大面积推广普及。

难道就没有更经济、更简单的方案吗?答案是,有办法,但要做出一点妥协。这才是本文要重点讨论的问题。我们换个思路来考虑:水是载热剂,空气也是;无非水的比热容大(4.2x10^3j/kg·°C),载热能力强,而空气的比热容小些(1.4x10^3j/kg·°C),载热能力弱一些。通过加快空气对流速度来提高换热效率,一样可以实现全屋供暖。

用壁炉燃烧木柴产生热量,利用空气对流(自然对流或者风扇强制对流)实现全屋供暖,我把这样的系统命名为“壁炉空暖系统”,它最大的优点是造价便宜,除了壁炉以外没有任何昂贵的部件,系统设计也比水暖系统简单许多。

有很多种办法可以让空气朝着我们希望的方向移动,但首先你需要了解一下冷/热空气在正常情况下是如何在房间里流动的。

火炉所在房间空气流动路径

当考虑在建筑物内“搬运”热空气时,非常重要的一点是要设计一条或多条空气可以回流到火炉所在房间的通路,这样就建立了完整的气流回路:热空气输出到其他房间,冷空气回流到火炉房间。如果没有冷空气回补,火炉所在房间就会形成负压,这会影响火炉的性能,还可能导致倒烟。


热空气分布 1.jpg


 

空气“喜欢”按照它的本性流动:空气被火炉加热后上升,碰到天花板,流向远方并不断冷却,然后开始下沉,落到地面,再回流到火炉,如此循环往复形成完整的气流回路。空气在建筑物内其它区域的流动也遵循同样的规律。因此,要巧妙安排通风口和风扇的位置,以便最大限度地助力空气流动。

利用地面通风口实现上下楼层间空气对流

空气遇热上升,因此大量热空气会聚集在天花板下方,那儿是房间里最热的区域。


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如果在二楼地面开一个通风口,就可以把一楼的热空气引到楼上房间,这是一个简单且便宜的搬运”热空气的方法,但要确保通风口的尺寸足够大才会有效果。同样的,你需要设计一个气流回路,让空气能回流到壁炉所在房间。


热空气分布 2.jpg

 

显然,这样的设计也会把噪音和烟带到楼上房间,因此,如果楼上是卧室的话,请不要采用这种方案。万一楼下的壁炉发生倒烟,你肯定不希望卧室里也有烟吧。

利用换气扇辅助热空气流动

通过在临近房间之间建立气流通路,并在合适的位置安装换气扇(对,就是那种卫生间用的非常便宜的换气扇),可以快速搬运”热空气。尽量从壁炉所在房间的天花板下方抽取空气,那里温度最高。排风扇输送空气的效率很高,价格低廉的小功率静音风扇就可以很好地完成任务。


热空气分布 3.jpg

 

用通风扇+管道将热空气输送到其他房间

一些专为多房间供暖而设计的壁炉,比如法国TOTEM公司的产品,在其顶端有4个热风出口,用管道与这些热风出口连接,在通风扇的驱动下就可以把热空气输送到较远的房间。


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TOTEM 热风循环示意图 (热风出口).jpg

 

 

市面上有很多种通风套装,安装方便,扩展灵活,可根据自己的需要选择。

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设计壁炉空暖系统要遵循的原则

1壁炉只有安装在一楼才能充分发挥空气对流的作用,实现高效供暖。壁炉安装的位置还要充分考虑到木柴搬运、清灰和烟囱清扫的方便。

2、每个房间既要有输入热空气的进风口,也要有回收冷空气的回风口,一进一出才能形成空气对流。进风口和回风口彼此要相隔远一些,让热空气在长距离流动过程中充分释放热量。房间内的送风扇和回风扇用一个开关控制,同步运行。

3、热空气密度小,会自然上浮,所以热风出口要尽量贴近地面;冷空气密度大,沉在地面,因此回风口也要安装在靠近地面的位置。


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空气流动图示.jpg

  

4、壁炉正上方接近天花板区域的空气温度最高,要尽量从此处抽取热空气送往需要供暖的房间;从其它房间收集回来的冷空气要通过管道输送到壁炉所在房间靠近地面的位置。

壁炉燃烧热空气分布.jpg

5、位于壁炉正上方的房间最热,既有热风带去的对流热,也有从天花板传导到楼上地面的传导热,要根据这个特点恰当安排楼上房间的用途。

6、要重视楼梯和电梯井的烟囱效应,科学设计建筑物内的空气流动路线。

7单层烟管是高效的散热器,外面套上网孔管即可为二楼、三楼供暖。需要注意的是,这不符合壁炉安装规范,但确实有助于改善楼上的供暖效果。务必要确保单层烟管与可燃物之间保持足够的距离,以防失火。

8、输送热风的管道要做好保温,减少传输途中的热量损失。

9、所有房间都要安装一氧化碳报警器(通风管道的存在使所有房间实质上连为一体)。

10、为获得满意的供暖效果,要尽量选用大功率壁炉。大容量炉膛能容纳更多木柴,可减少加柴频次。

丹麦壁炉morso2110.png

 11尽量选择带有户外进风接口的壁炉,从室外引入助燃空气。


火炉的户外进风.jpg


12、尽最大努力提高房屋的保温性和气密性,使用隔热性能优异的门窗,地面铺设材料尽量采用实木地板,少用大理石、地砖等导热系数高的材料。

13如果有挑高客厅,建议隔为两层。挑高客厅看起来气派,但在实际使用过程中非常不经济,空间利用率低,供暖能耗高,舒适性差,耗费大量金钱获得的宝贵热量都聚集在屋顶,人员主要活动区域反而很冷。

需要作出的妥协

1燃木壁炉额定功率一般不超过16kw,可以有效供暖的面积通常在200㎡以内,如果建筑面积较大,那就需要作出取舍,一些使用频率不高的区域(储物间、阁楼、不常用的客卧等)就不要纳入供暖面积,平时把这些空间关闭,截断空气对流,降低供暖能耗。

2、壁炉空暖系统无法提供生活热水。安装电热水器或者燃气热水器是获得生活热水最简单、方便的办法。

3、壁炉不是自动化设备,每隔几个小时要手动添柴。

4、由于有热风管道连接上下楼房间,房间的隔音效果会有所下降。

壁炉空暖系统相比水暖系统的优势

1造价低,易施工;

2统结构简单,可靠性高,免维护;

3没有水系统常见的生锈、漏水、堵塞、干烧、结垢等一系列问题;

4即使停电,壁炉也可以照常使用,还可以用壁炉烧水,做饭,烘烤食物;

5如果当地木柴资源丰富,燃木取暖的成本远低于使用天然气或电力取暖;

6装饰性强,充满生活乐趣。

  

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