Ofen mit Wasserheizkreislauf für die Hausheizung: Besonderheiten der Ofenheizung + Auswahl der optimalen Variante

Holz und Kohle sind in vielen Regionen die am besten verfügbaren Brennstoffe, mit denen private Häuser beheizt werden. Die Ofenheizung wird jedoch nicht nur wegen der Billigkeit und allgemeinen Verfügbarkeit des Energieträgers gewählt, sondern auch wegen der niedrigen Kosten für ihre Einrichtung.

Daneben hat der Ofen mit Wasserregister für die Hausheizung neben vielen Vorteilen auch eine Menge Nachteile. Nicht immer ist eine solche Variante optimal. Lassen Sie uns versuchen, die Nuancen eines solchen Heizsystems zu verstehen.

Besonderheiten der Heizung auf Basis eines Ofens

Die Ofenheizung ist in russischen Dörfern die Norm, deren Zuverlässigkeit und Praktikabilität seit Jahrhunderten erprobt ist. Auch heute noch stehen in vielen Dorfhäusern Öfen mit Herdplatte zum Kochen und einem Backfach zum Brotbacken.

Einige von ihnen sind mit einem Wasserregister des Heizsystems ausgestattet, andere nicht. Aber die Besitzer ländlicher Häuser beeilen sich nicht, sie wegzuwerfen und durch moderne Kessel zu ersetzen. Eine zuverlässigere und problemlosere Heizmethode wurde noch nicht erfunden.

Ohne einen Wasserkreislauf kann ein Holzofen im Haus nur einen kleinen Raum um sich herum erwärmen. Für die Beheizung von ein bis zwei Räumen ist eine solche Variante akzeptabel, für ein großes Landhaus jedoch nicht mehr.

Als Brennstoff wird in solchen Dorföfen verbrannt:

• Kohle;
• Torf;
• Brennholz;
• Briketts (Euro-Holz).

Es gibt keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen diesen Brennstoffarten hinsichtlich des Aufbaus des Ofeninneren und der Verrohrung des Warmwasserheizsystems in einem Privathaus. Einige liefern mehr Hitze, andere brennen länger. Aber die Konstruktion des Feuerraums und das Schema der Rohrverteilung mit Wärmeträger in den Räumen sind in allen Fällen gleich.

Wenn Sie sich für eine Ofenheizung entscheiden, sollten Sie die Brandschutzbestimmungen für den Bau von gemauerten Öfen nicht vergessen – nur deren strikte Einhaltung kann das Brandrisiko minimieren.

Zu den Vorteilen der Ofenheizung zählen:

• Unabhängigkeit vom Vorhandensein von Strom im Netz;
• relativ niedrige Kosten für die Einrichtung des Heizsystems;
• Billigkeit des festen Brennstoffs und die Möglichkeit, verschiedene Arten davon zu verwenden;
• äußerste Einfachheit des Betriebs;
• lang anhaltende Wärmeabgabe (für gemauerte Konstruktionen);
• Vielseitigkeit – geeignet sowohl zum Heizen als auch zum Kochen.

Wenn ein Privathaus nicht an das Erdgasnetz angeschlossen werden kann, ist ein Holzofen die beste Wahl für die Beheizung.

Die einzige Ausnahme ist, wenn in einer bestimmten Region keine Kohle oder kein Holz verfügbar ist. In Russland ist dies jedoch eher die Ausnahme als die Regel.

Die beiden Hauptnachteile von Öfen mit Wasserkreislauf sind die fehlende Automatisierungsmöglichkeit und die schwierige Regelung der Wärmeabgabe in einzelnen Räumen.

Als weitere Nachteile der Ofenheizung sind zu nennen:

• langes Aufheizen des Systems bis zur Wärmeabgabe;
• Verlust von viel Nutzfläche im Haus aufgrund der Massivität des Ofens;
• großes Gewicht der gemauerten Ofenkonstruktion;
• niedriger Wirkungsgrad aufgrund des Abzugs einer beträchtlichen Wärmemenge durch den Schornstein;
• hohe Brandgefahr bei unsachgemäßer Bedienung.

Ein gemauerter Heiz-Kochofen für ein Privathaus mit Wasserheizung kann je nach Bauart und Anzahl der Reihen zwischen 1,5 und 10 Tonnen wiegen. Hinzu kommt das Gewicht des Schornsteins.

Das Fundament für eine solche Masse muss massiv und kostspielig sein, was ebenfalls als Nachteil der betrachteten Heizsysteme angesehen werden kann.

Aufbau der Ofen-Warmwasserheizung

Der Ofen für das betrachtete Heizsystem sollte idealerweise gleichzeitig mit dem Haus geplant und gebaut werden. Wenn das Wohngebäude bereits errichtet ist, wird es schwierig sein, eine gemauerte Ofenkonstruktion darin zu installieren. Oft ist dies sogar unmöglich, da ein stabiles Fundament errichtet und das Dachstuhlsystem umgebaut werden muss.

Ein Ofen zur Wassererwärmung in einem Privathaus kann nicht nur aus Ziegeln, sondern auch aus Stahl in Form eines Metallofens mit Wärmetauscherrohren um den Feuerraum zur Erwärmung des Wärmeträgers hergestellt werden.

Die Wasserheizung auf Basis eines Ofens besteht aus:

• dem Ofen selbst (metallisch oder gemauert);
• einem Wärmetauscher im oder um den Feuerraum sowie in Form einer Rohrschlange um den Schornstein;
• einem im Haus verteilten Kreislauf mit Wärmeträger und einem Ausdehnungsgefäß auf dem Dachboden.

In Einzelfällen wird dieses Heizsystem durch eine Umwälzpumpe und einen Hydrospeicher ergänzt. Diese erweiterte Variante wird jedoch äußerst selten eingesetzt, da sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erfordert und die Gesamtkosten erhöht.

Der Hauptvorteil der Ofen-Wasserheizung ist die kostengünstige Konstruktion. Es lohnt sich nicht, sie mit teuren und störanfälligen Komponenten zu ergänzen.

Schema der Wasserzirkulation im Kreislauf

Die Wasserheizung in Häusern wird mit natürlicher (Schwerkraft-) oder erzwungener Zirkulation des Wärmeträgers aufgebaut. Wenn sie auf Basis eines Holzofens erfolgt, sollte am besten die erste Variante gewählt werden.

Die Verrohrung mit natürlicher Wasserzirkulation ist kostengünstiger als die erzwungene Variante und benötigt im Gegensatz zu dieser keine Stromversorgung

Eine Wasserofenheizung wird nur für einstöckige Häuser mit einer Fläche von bis zu 150 m² empfohlen. In diesem Fall kann sie als Schwerkraftheizung ohne zusätzliche Pumpen ausgeführt werden.

Wenn ein zweistöckiges oder höheres Haus beheizt werden muss, ist es besser, dies mit einem leistungsstärkeren Heizkessel zu tun. Der Ofen für solche Gebäude müsste einfach riesig gebaut werden, was teuer in der Umsetzung ist. Auch die Brennstoffmengen, die jedes Mal eingefüllt werden müssten, wären beträchtlich. Dies wird aufgrund des erhöhten Brandrisikos dringend abgeraten.

Das klassische System der Ofenheizung mit natürlicher Wasserzirkulation besteht aus:

• einem Wärmetauscher im Ofen;
• einem Kreislauf aus Metallrohren;
• Heizkörpern (die normalerweise durch dicke Rohre in den Räumen ersetzt werden);
• einem Ausdehnungsgefäß.

Wenn Sie sich entscheiden, die Wasserheizung in Ihrem Landhaus selbst zu installieren, ist es besser, genau dieses Schema zu wählen. Die Montage und Berechnung dieser Variante ist einfacher als bei einer erzwungenen Wasserbewegung.

Ein System mit Umwälzpumpe eignet sich besser für Heizkessel; auf Basis eines Ofens verliert es seine erhöhte Wärmeabgabe-Effizienz.

Wenn ein Boiler automatisiert ist und das Wasser bei Bedarf ständig erwärmt, wird ein Holzofen nur einmal oder zweimal am Tag befeuert. Genau in diesen Momenten wird das Heizmedium im Ofen erhitzt, um die Wärme in den Räumen abzugeben. Danach ist es sinnlos, es mit der Pumpe durch die Rohre des Kreislaufs zu treiben. Im kalten Ofen wird das Wasser ohnehin nicht mehr erwärmt.

Wenn sich Hausbesitzer für einen Holz- oder Kohleofen entscheiden, erwarten sie in der Regel ein autarkes Heizsystem. Wenn man eine Pumpe einbaut, die für den Betrieb Strom aus dem Netz benötigt, kann man kaum noch von Autarkie sprechen.

Ofen – gemauert oder metallen

Ein Ziegelofen heizt sich langsamer auf, gibt aber auch länger Wärme an den umgebenden Raum ab. Ein Stahlofen hingegen heizt sich schnell auf und kühlt ebenso schnell ab, nachdem der Brennstoff verbrannt ist. Dieses Problem wird teilweise durch große Mengen an Heizmedium im Wasserkreislauf gelöst.

Je mehr Wasser im System gespeichert werden muss, desto teurer wird es in Bezug auf die Materialien.

Einen Metallofen mit Wasserwärmetauscher für den Heizkreislauf darf man in Privathäusern direkt auf den Holzboden stellen, ohne ein spezielles Fundament zu errichten.

Ein Stahlofen für Wasserheizung mit einer Leistung von 5–15 kW – ohne Brennstoff und Wasser wiegt diese Konstruktion 100–300 kg. Einen solchen Ofen kann man bedenkenlos auf verstärkte Balken stellen. Ofenfundamente müssen gegossen werden, wenn der Ofen mehr als 700–800 kg wiegt. Wenn er jedoch aus Ziegeln besteht, kommt man um Betonarbeiten nicht herum.

Im Vergleich zu einem Metallofen ist ein Ziegelofen schwerer, teurer und aufwändiger zu installieren. Allerdings hat er einen höheren Wirkungsgrad und ein geringeres Risiko des Einfrierens des Kreislaufs mit Rohrbruch durch Eisbildung. Wenn alles dauerhaft für das eigene und ständige Wohnen gebaut werden soll, empfiehlt es sich, die Wahl auf die Ziegelvariante zu treffen.

Rohre – Edelstahl oder Metall-Kunststoff

Wenn das Heizsystem auf einem Warmwasserboiler basiert, darf die Verrohrung nicht nur mit Stahlrohren, sondern auch mit Metall-Kunststoff- und Polypropylenrohren erfolgen. Wenn das Wasser jedoch von einem Holzofen erhitzt wird, sollte der Kreislauf mit dem Wärmeträger nur aus Edelstahl bestehen.

Bei großer Holzmenge kann das Wasser in der Heizschlange des Feuerraums schnell auf 100 Grad erhitzt werden und kochen. Solche Temperaturen kann auf Dauer nur Stahl aushalten.

Metall-Kunststoff-Rohre sind für den Betrieb mit einem auf 90–95 °C erhitzten Wärmeträger ausgelegt. Kurzzeitig können sie auch Erwärmungen auf 110–120 °C überstehen. Die Automatik von Kesseln und Boilern lässt eine Erwärmung des Wassers auf solche Temperaturen von vornherein nicht zu. Für Fußbodenheizungen wird es auf 30–45 °C erhitzt, für Heizkörper auf 60–65 °C.

Bei einem Holzofen jedoch sind Temperaturen um die hundert Grad nicht nur möglich, sondern keine Seltenheit. Es wird davon abgeraten, Risiken einzugehen und russisches Roulette zu spielen, indem man die Verrohrung dieses Ofens mit Metall-Kunststoff-Rohren vornimmt. Am besten bevorzugt man den zuverlässigeren Edelstahl.

Zudem werden die aus der Feuerung kommenden Anschlussstutzen der Heizschlange für den Anschluss der Rohre des Kreislaufs extrem hohe Temperaturen erreichen. Sie sind weniger als einen halben Meter von offenem Feuer entfernt. Es ist gefährlich, daran Kunststoffrohre anzuschließen, da diese schmelzen könnten.

Wärmeabgabe – Heizkörper oder Register

Die Wärmezufuhr vom Ofen in den Heizkreislauf erfolgt portionsweise über mehrere Stunden, solange im Ofen Holz oder Kohle brennen. Wenn wenig Wasser in der Heizanlage ist, kühlt das Haus schnell aus. Daher wird in Dörfern eine solche Heizung üblicherweise aus dicken Stahlrohren und nicht auf Basis der für Stadtbewohner üblichen Heizkörper gebaut. Ein Heizregister für Holzöfen ist schlichtweg ideal geeignet.

Das klassische Schema einer Wasserofenheizung mit natürlicher Zirkulation setzt einen direkten Kontakt des Wassers mit der Atmosphäre über ein Ausdehnungsgefäß voraus, aber bei normalen Heizkörpern ist Luft im Wärmeträger kontraindiziert.

Ein im Haus verlegtes Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 80–120 mm ist ein Heizregister, bestehend aus Vorlauf vom Ofen und Rücklauf. In dem vom Heizraum entfernten Raum werden diese Leitungen zusammengeführt, während sie in den anderen Räumen als zwei Rohrleitungen entlang der Außenwände verlegt werden.

Das Register sieht nicht so ästhetisch aus wie ein Heizkörper. Dafür ist die erste Variante wesentlich günstiger und einfacher selbst herzustellen als die zweite. Für die Umsetzung benötigt man lediglich Erfahrung im Umgang mit einem Schweißgerät.

Die Wärmeabgabefläche für einen solchen Kreislauf wird berechnet, indem man Pi mit dem Durchmesser und der Länge des Rohrs multipliziert. Zusätzlich muss in den Berechnungen die Temperaturspreizung im Vor- und Rücklauf sowie der vertikale Abstand zwischen den Rohrleitungen berücksichtigt werden.

Häufig werden solche Berechnungen jedoch nicht durchgeführt, sondern es wird ein Rohr mit einem Durchmesser von 80–100 mm genommen und entlang des gesamten Gebäudeumfangs verlegt, wobei es im entferntesten Raum zu einer Schleife geschlossen wird. Dabei erfolgt die Regulierung der Wärmeabgabe nach Augenmaß und durch Erfahrung, indem die Brennstoffmenge in den Ofen variiert wird.

Nicht umsonst sind Kreisläufe aus Registern in Verbindung mit Wasseröfen so weit verbreitet. Sie müssen nicht einmal berechnet werden; es reicht, ein geeignetes Rohr zu nehmen und es zu schweißen.

Wärmetauscher für den Feuerraum auswählen

Einen Wärmetauscher für den Ofen kann man aus Kupfer, Stahl oder Gusseisen herstellen. Die Kupfervariante sollte man wegen des hohen Preises gleich ausschließen. Es ist äußerst problematisch, ein solches Gerät selbst zu löten.

Gusseiserne Heizkörper sollten mit Vorsicht im Inneren des Ofens installiert werden – aufgrund eines Temperaturschocks können einzelne Segmente von den benachbarten Elementen abreißen.

Gusseisen ist den Stahl hinsichtlich der technischen Parameter überlegen. Es ist jedoch problematisch, daraus selbst einen Wärmetauscher für einen Holzofen herzustellen. Man kann dafür nur einen alten Heizkörper verwenden. Dabei muss man jedoch bedenken, dass die Dichtung zwischen den Segmenten im Ofen ausbrennt. Dies führt direkt zum Verlust der Dichtheit und zum Austreten von Wasser in die Brennkammer.

Wenn der Wärmetauscher aus einem gusseisernen Heizkörper gefertigt werden soll, nimmt man am besten die Modelle MS-110-300 oder MS-90-300. Sie sind klein und passen problemlos in den Ofen. Die Heizfläche pro Rippe beträgt etwa 0,14–0,16 m².

Ausgehend von diesen Zahlen kann man abschätzen, wie viele Segmente für einen bestimmten Kreislauf benötigt werden. Pro 10 Quadratmeter Wohnfläche wird 1 kW benötigt, was ungefähr 0,1 m² Heizfläche eines gusseisernen Wärmetauschers entspricht.

Die Rippen eines gusseisernen Heizkörpers werden normalerweise mit Dichtungen aus hitzebeständigem Gummi verbunden. In einem Ofen brennt diese Gummidichtung durch; sie muss durch eine Asbestschnur ersetzt werden.

Ein weiterer Aspekt bei der Verwendung eines gusseisernen Heizkörpers als Wärmetauscher ist die Problematik der Reinigung von Ruß im Inneren des Feuerraums. Von Zeit zu Zeit muss die Brennkammer gereinigt werden, und die profilierten Rippen des Gusseisens werden dies erheblich erschweren.

Die optimale Variante eines Wärmetauschers ist ein Stahlwärmetauscher in Form von:

• einer Spule aus mehreren Rohren;
• einem Mantel aus Stahlblech.

Sie werden aus kohlenstoffarmem Stahl St10…St20 mit einer Dicke von 4–5 mm hergestellt. Wenn Rohre verwendet werden, dann mit einem Durchmesser von 30–50 mm.

Einen Stahlwärmetauscher stellt man am einfachsten aus Stahlblech her – jedoch wird bei diesem nur die dem Feuer im Inneren der Brennkammer zugewandte Oberfläche am Wärmeaustausch teilnehmen.

Die Rohrvariante ist hinsichtlich des Wärmeaustauschs effizienter, aber auch aufwändiger in der Herstellung.

Zur Berechnung des Wärmetauschers sollte folgende Formel verwendet werden:

Qy=K*(Tcp-Tk)

wobei:

• K – Wärmeübergangskoeffizient des Materials (für kohlenstoffarme Stähle wird 15–20 angenommen, für Grauguss 50);
• Tcp – durchschnittliche Temperatur des Heizmediums im Feuerraum (Tmax+Tmin)/2;
• Tk – durchschnittliche Temperatur des Wärmeträgers (T_Vorlauf+T_Rücklauf)/2.

Wenn im Ofen Holz verbrannt wird, dann Tcp=(700+300)/2=500 °C und Tk=(80+60)/2=70 °C. Daraus ergibt sich Qy=15*(500-70)=6450 kcal/h. Das bedeutet, dass auf einen Quadratmeter der dem Feuer zugewandten Wärmetauscherfläche etwa 7,5 kW/h entfallen.

Bei Kohle sind die Berechnungen wie folgt – Tcp=(1000+600)/2=800 °C und Tk=70 °C. Qy=15*(800-70)=10 950 kcal/h=12 734 W/h. Ein Quadratmeter Wärmetauscherfläche ergibt etwa 12,7 kW/h.

Anschließend teilt man die für die Beheizung des jeweiligen Hauses erforderliche Leistung durch die errechnete Zahl, abhängig von der geplanten Nutzung des jeweiligen Brennstofftyps.

Zum Beispiel benötigt ein Haus mit 150 m² etwa 15 kW. Wenn es mit Holz beheizt wird, wird ein Wärmetauscher mit einer Wärmeaustauschfläche von 15/7,5=2 m² benötigt. Dies ist die Fläche, die der Flamme zugewandt ist und sich erwärmt.

Wenn ein Rohrspiralwärmetauscher gewählt wird, wird seine Länge nach folgender Formel berechnet:

S=2*3,14*D*L

wobei:

S – berechnete Fläche;

D – Durchmesser der Rohre;

L – erforderliche Länge.

Die Parameter des Mantels aus Stahlblech sind noch einfacher zu berechnen; er besteht in der Regel aus zwei Rechtecken an den Seiten der Brennkammer.

Wahl der optimalsten Variante

In einem bereits gebauten Haus ist es schwierig, einen massiven gemauerten Ofen zu installieren. Eine Warmwasserheizung lässt sich in diesem Fall am besten auf Basis eines Metall-Bourgeoisie-Ofens organisieren, der auf einem verstärkten Holzboden ohne Fundamentaufbau aufgestellt werden darf.

Wenn jedoch die Möglichkeit besteht, das Fundament ordnungsgemäß zu erstellen, sollte man der zuverlässigeren gemauerten Ofenkonstruktion den Vorzug geben.

Der Warmwasserheizkreislauf im Haus für einen Holzofen sollte am besten aus dicken Stahlrohren und mit natürlicher Zirkulation des Wärmeträgers ausgeführt werden.

Der Einbau einer Umwälzpumpe und/oder eines Hydrospeichers in den betreffenden Heizkreislauf ist Geldverschwendung und bringt keinen zusätzlichen Nutzen. Sie erschweren lediglich die Montage der Anlage. Bei einem Stromausfall verursachen diese Geräte sogar Probleme. Wohingegen die Heizvariante ohne sie bei Netzproblemen weiterhin problemlos das Haus heizen kann.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Auswahl der Form des Wärmetauschers für den Holzofen:

Überblick über einen gemauerten Ofen für die Wasserheizung im Ferienhaus:

Aufbau eines gemauerten Heiz-Kochofens mit Erklärung der Steinlagen:

Es ist schwierig, eine Wasserheizung auf Basis eines Holzofens als ideal und hocheffizient zu bezeichnen. Aber diese Heizvariante für Privathäuser ist die zuverlässigste, zudem günstig und einfach umzusetzen. Man sollte diesen Kreislauf jedoch nicht mit einer Umwälzpumpe und Automatik ergänzen. Diese sind vom Stromnetz abhängig und machen das gesamte System nicht autark, wodurch einer seiner Hauptvorteile zunichte gemacht wird.