Текст книги "Печи, камины"

А. Ю. Теверовский
Печи, камины

ВВЕДЕНИЕ

Климатические условия большинства районов нашей страны требуют отопления жилых помещении для поддержания в них нормальной температуры в холодное время года. Кроме того, печи используются для приготовления пищи, нагрева воды. Отопительные, отопительно-варочные и водонагревательные приборы не так уж сложно приобрести в магазине. Промышленность обычно выпускает аппаратуру, работающую на жидком или газообразном топливе, а также теплогенераторы на твердом топливо, предназначенные для систем водяного отопления. Однако такая аппаратура не всегда отвечает требованиям, предъявляемым к ней владельцами индивидуальных домов. Одних, например, не устраивает высокая стоимость печей, других – малая их теплоемкость, третьих – вид топлива, на которое рассчитана печь. А водяные системы отоплении неприемлемы для садоводов и дачников ввиду опасности размораживания. Конечно, на зиму воду можно спустить. Но, к сожалению, опасаясь заморозков, ее приходится спускать и осенью, и весной, каждый раз покидая жилище даже на 1–2 дня. Поэтому многочисленная и все увеличивающаяся армия садоводов продолжает проявлять интерес к работающим на твёрдом топливо традиционным печам и каминам.

В настоящее время трудности с финансовым и материальным обеспечением самодеятельных застройщиков уже в значительной мере преодолены. Но проблема квалифицированной помощи сельским застройщикам остается все еще острой. И часто даже те садоводы, которые сами выполняют значительную часть строительных работ, чувствуют себя неуверенно, когда необходимо приступить к постройке печи.

Бесспорно, сложить бытовую печь своими руками – это большое искусство и настоящих мастеров этого дела осталось сейчас не так много. И тем не менее многие смогли бы для своего дома сами подобрать и построить достаточно простую и экономичную печь. Эта статья как раз и предназначена для самодеятельных застройщиков, решивших приступить к этому непростому делу.

КАКУЮ ПЕЧЬ ВЫБРАТЬ

Источником теплоты в сельском или садовом доме чаще всего является печь. Она может выполнять не только отопительные функции, но и служить для приготовления пищи, подогрева воды и прогрева воздуха в банях, саунах, теплицах, применяться для хлебопечения и копчения продуктов. Обычно для всех этих целей сооружают специализированные печи. Но очень часто, особенно в приусадебных хозяйствах, печи делают комбинированными, например отопительно-варочпными.

Отопительная печь для сельского застройщика и садовода должна быть: простой в сооружении и эксплуатации: безопасной в пожарном отношении; прочной и долговечной.

Конечно, печь не печь, если она не «тянет» и дымит во время топки или же в дымовой трубе ее скапливается конденсат. Желательно, чтобы при необходимой теплоемкости печь имела минимальные размеры.

При выборе проекта печи прежде всего придется решить вопросы о:

назначения печи (только для отопления или еще для варки);

топливе, который предполагается постоянно пользоваться (газ, керосин, дрова, торфяные брикеты, уголь);

материале, из которого будет сделана нечь (кирпич, керамические или бетонные блоки, металл);

толщине стенок печи;

системе каналов;

расположении трубы (рядом с печью или на ней).

Различаются печи и по форме в плане: круглые, квадратные и прямоугольные, Т-образные, треугольные…

Если печь является отопительно-варочной, необходимо обратить внимание, работает ли она зимой и летом только в одном отопительно-варочном режиме или может переключаться на летний (варочный) и зимний (отопительный) режим.

Немаловажным является также вопрос: какую площадь (точнее, кубатуру) придется постоянно отапливать? Весь дом или, скажем, только одну комнату? Конечно, когда весь дом протоплен, в нем жить много приятнее. Но если вспомнить, что количество затраченного (а перед этим оплаченного, завезенного, распиленного, порубленного и внесенного в дом) топлива пропорционально площади отапливаемого помещения и что часто вы живете на даче (в садовом домике) один, то вопрос об отапливаемой кубатуре становится не риторическим, а экономическим и эргономическим. Может быть, есть смысл подумать об установке в доме двух, а может быть, даже трех (!) печей? Скажем, отопительной в самой маленькой комнате-спальне, камина в гостиной и кухонной плиты на кухне-веранде. И все они могут быть присоединены к одной коренной трубе. Впрочем, бывают печи, которые и отапливают, и варят, и имеют каминную часть.

После того как вы установили размеры жилой площади, отапливаемой каждой печью, определите размеры выбираемой печи, учитывая, что каждый кубический метр внутреннего объема углового помещения (самый обычный вариант домов небольшого размера) теряет 60 ккал теплоты за час, а если тепловая производительность печи в описании не приведена, то можно считать, что каждый квадратный метр свободной поверхности печи отдает около 500 ккал в час.

Расчеты можно упростить, если основываться на том, что печь, занимающая площадь 1 м²может обогреть не менее 35 м²жилья.

Впрочем, желающие подсчитать все более точно могут обратиться к соответствующей литературе.

ГДЕ И НАЧЕМ ДОЛЖНА СТОЯТЬ ПЕЧЬ!

Расположение печей в помещениях, пожалуй, одна, на самых важных проблем. Здесь приходится учитывать зачастую несовместимые требования. Ставить, скажем, ее у наружной стены или в середине помещения? У печи, стоящей посреди комнаты или у внутренней стены, более эффективная лучевая теплоотдача, ее проще осматривать и прочищать. Установив печь у наружной стены, мы более правильно организуем конвенционные потоки воздуха, в результате чего вдоль пола в сторону наружной стены будет двигаться согретый в помещении воздух. Но такая установка печи затемняет комнату.

Если печь находится у внутренней стены, то вследствие инверсии конвекционных потоков, холодный воздух будет от окон двигаться вдоль пола и в такой комнате будет постоянно «дуть по ногам». С этих точек зрения кажется более удачным расположение печи в центре комнаты. Но тогда и маленькая печь загромоздит даже большую комнату. А ведь в современном интерьере печь уже далеко не главная деталь. Да и дрова придется носить через все помещение.

Обычно выбирают компромиссное решение: печь (или печи) располагают в центре дома так, чтобы топка и варочная часть выходили на кухню или веранду, а теплоотдающие поверхности и каминная часть – в жилые комнаты.

Конечно, при размещении печи нельзя игнорировать противопожарные требования.

Печи массой до 750 кг можно устанавливать на полу без отдельного фундамента. К подобного типа печам относятся кухонные плиты и небольшие печи, на кладку которых (вместе с трубой) требуется не более 200 кирпичей. Перед кладкой печи под ее основание кладут листовой асбест на глиняном растворе, а сверху – лист кровельного железа.

Для всех остальных печей (а их большинство) требуется выкладывать отдельный фундамент, не связанный с фундаментом самого дома. Глубина фундамента для печей с коренными трубами, то есть трубами, стоящими на отдельном фундаменте, равна 0.5–0.6 м, а для печей с насадными трубами, то есть с трубами, опирающимися на печь, – 1 м. Коренные трубы требуют фундамента глубиной 0.75 м. В скальных грунтах заглубление не требуется.

В плане размеры котлована, подготовленного под фундамент, должны быть на 5– 10 см больше соответствующих размеров основания печи. Технология сооружения фундамента различна. Самая простая – бетонирование котлована до уровня грунта враспор, то есть без опалубки. Котлован или заливают готовым бетоном (заводы имеют сейчас право продавать его населению), или же укладывают в него слоями бутовый камень и бой кирпича, послойно проливая цементным раствором. Можно также выложить из кирпича или бутового камня колодец – опалубку, а затем заполнить середину так же, как и при бетонировании без опалубки.

Обычно выше уровня грунта вплоть до высоты на 14–15 см ниже уровня пола фундамент кладут из кирпича, но можно и эту часть залить бутобетоном (в кирпичной или деревянной опалубке). Верхнюю поверхность фундамента выравнивают цементным раствором, прокладывают два слоя рубероида, толя или пергамина и из кирпича выкладывают коробку, соответствующую по размерам основанию печи. Коробку заполняют боем. Последний ряд фундамента выводят на уровень пола, фундамент готов. Дальше начинается печь.

О ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Печи садоводов и дачников отапливаются преимущественно твердым топливом: дровами, торфом, каменным углем. Качество топлива определяется прежде всего его теплотой сгорания, то есть количеством теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива. Ниже приведена теплота сгорания (ккал/кг) различных видов твердого топлива:

Дрова 2800—3300

Торф кусковой 3000

Торф брикетный 4000

Бурый уголь 4700

Каменный уголь 5000—7000

Антрацит 7200

Теплота сгорания древесины весьма заметно зависит от ее влажности. Так, при сгорании 1 кг сухих сосновых дров выделяется 4500 ккал, при влажности дров 30 % – 3250 ккал, при 50 % – 2050 ккал.

При валке влажность древесины составляет 50–55 %. Через 1–2 года влажность при храпнении древесины на открытом воздухе снижается до 25 %, а в теплом помещении – до 15 %.

Дрова – экологически наиболее чистое топливо. В древесине содержится: серы – до 0,02 %, азота – до 0,12 %, золы – до до 0,5 %.

КАК УСТРОЕНА ПЕЧЬ

Корпус чисто отопительной печи состоит только из топливника и дымооборотов. В варочных и других видах бытовых печей могут еще предусматриваться плиты, духовки, водогрейные коробки и т. п.

Топливник – основная часть печи. Его конструкция должна удовлетворять следующим требованиям: вмещать необходимое количество топлива (не менее 75 % всего топлива, потребного на одну топку); обеспечивать достаточное поступление воздуха к горящему топливу; сохранять высокую температуру в зоне горения.

Допускаемая теплонапряженность объема топливника, равная 200–250 тыс. ккал/м3. ч, определяет его минимальный объем. Если он недостаточен, не будет обеспечена необходимая теплоотдача печи. Кроме того, для удобства кладки размеры топливника должны быть кратны размерам кирпича.

Размеры топливника в значительной степени определяются теплоотдачей печи. Так, его ширина при теплоотдаче печи до 1000 ккал/ч составляет 120 мм; при 4000 ккал/ч – до 270 мм; при большей теплоотдаче – до 500 мм.

Длину топливника принимают равной 260–510 мм. Для дров лучше иметь более длинный топливник, чтобы поленья укладывались и сгорали лежа. Это обеспечивает более полное сгорание и, следовательно, большую экономичность.

Высота топливника зависит от вида топлива. При использовании дров она колеблется от 420 до 1000 мм, считая от колосниковой решетки (от 6 до 15 рядов кладки). Колосниковую решетку укладывают обычно на 1–2 ряда ниже уровня топочной дверцы с тем, чтобы при ее открывания горящие угли не выпадали на пол. Иногда колосниковую решетку устанавливают с наклоном, при котором задняя часть ее выше передней на 4–5 см. Такой подъем пода обеспечивает более равномерное горение топлива и отделенно пламени от дыма (рис. 1, а).

Т о п л и в н и к рекомендуется выкладывать или футеровать огнеупорным или шамотным кирпичом. Толщина стенок должна быть не менее чем Ѕ кирпича. Если перекрытие топливника выполнить в виде свода, то лучистая энергия, отразившись от него, вернется в зону горения, что улучшит процесс горения топлива.

В топливниках для дров хорошо горит и торф с обычной влажностью (25–30 %), и каменный уголь (последний горит только на колосниковой решетке). Для сжигания более влажного торфа, торфяной крошки и кизяка топливник делают с двумя колосниковыми решетками: горизонтальной – в задней части пода и наклонной – в передней (рис. 1, б). Торф разжигают на горизонтальной решетке. Когда он разгорится, топливник загружают остальным топливом, закрывая при этом и наклонную решетку. Чтобы мелкие частицы торфа и кизяка не просыпались сквозь решетку, прозоры в ней не должны превышать 8—10 мм.

В топливнике для сжигания каменных углей и антрацита нужно обеспечить усиленный подвод воздуха в зону горения. Это условие удовлетворяется при установке колосниковой решетки, по размерам равной поду топливника (рис. 1, в, г). Отметим, что для сжигания каменных углей необходимы усиленные колосники (чтобы они быстро не прогорали) с высотой пластин не менее 40 мм. Тогда воздух, идущий из зольника к топливу, охлаждает решетку, и она дольше служит.

Рис. 1. Топливники для различных видов топлива: а – для дров; б – для торфа; в – для каменного угля

3 о л ь н и к о в а я к а м е р а, находящаяся под колосниковой решеткой, служит для сбора золы и остатков несгоревших частиц топлива и главным образом для подвода воздуха через поддувальную дверцу и щели колосниковой решетки к топливу, находящемуся в топливнике. Высота зольниковой камеры – обычно три слоя кирпича.

Чтобы газы не проникали в помещение при закрытой печи, в дымовой задвижке или вьюшке следует предусмотреть сквозное отверстие диаметром не менее 10 мм.

Для повышения коэффициента полезного действия (КПД) в печах устраиваются системы д ы м о о б о р о т о в. Их назначение – так организовать движение горячих газов, поступающих из топливника, чтобы они, двигаясь по каналам и камерам, отдавали оптимальное количество теплоты кирпичной кладке. Очень важно, чтобы площадь внутренней тепловоспринимающей поверхности дымоходов печи соответствовала объему топливника. Так, если площадь поверхности дымоходов недостаточна, то теплота будет уходить в дымовую трубу недоиспользованной и это снизит КПД печи. При излишней же площади поверхности дымоходов температура уходящих газов будет настолько низкой, что вызовет появление конденсата.

ЭТО ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Мелкий уголь и угольная пыль могут гореть и выделять теплоту не хуже, чем куски крупного угля. Подобную мелочь, завернув после предварительного смачивания в пакеты из газеты, загружают в печку по 1–2 пакета вместе с кусками крупного угля, размещая их у стенок топливника.

Если мелкого угля слишком много, то для его сжигания можно использовать следующий прием: ввести через верхнюю конфорку и поставить на колосник отрезок жестяной трубы. Затем заполнить ее снизу короткими дровами, а сверху крупными кусками угля. Снаружи трубу надо обложить увлажненным мелким углем. Печь растапливают после извлечения трубы. Подобная укладка обеспечивает прохождение через колосниковую решетку и толщу угля достаточного для горения количества воздуха.

Для наилучшего усвоения теплоты необходимо, чтобы площадь внутренней поверхности дымооборотов превышала площадь наружной теплоотдающей поверхности печи на 30–35 %. Площадь внутренней поверхности печи зависит от сечения дымооборотов, их числа и системы расположения.

Вce дымообороты должны иметь достаточное сечение для свободного пропускания всего объема образующихся при сгорании топлива дымовых газов.

Как правило, размеры каналов кратны размеру кирпича и обычно равны 260x130 мм (1х №/2 кирпича) или 130 х 130 мм (№/2 х №/2 кирпича). Площадь сечения каналов дымооборотов также должна быть согласована с тепловой производительностью печи. При чрезмерно большом их сечении печь недостаточно разогреется, при слишком малом – будет дымить. Опыт говорит, что дымообороты при теплоотдаче печи до 3000 ккал/ч должны иметь сечение 170–250 см², а при теплоотдаче 3000–5000 ккал/ч – 250–300 смІ.

На практике применяют как бесканальные, так и канальные системы дымоходов (дымооборотов), которые подразделяются на одно – и мпногоборотные (рис. 2).

а

б

в

Рис. 2. Системы дымооборотов печей: а – многооборотная с вертикальными каналами; б – многооборотная с горизонтальными каналами; в – однооборотная с вертикальными каналами; г – однооборотная многоканальная;

д – бесканальная

Однооборотная система состоит из одного подъемного канала и одного (или нескольких, соединенных параллельно) опускных. Преимущество параллельного варианта – низкое сопротивление движению дымовых газов и более равномерный прогрев массива печи. К недостатку однооборотной системы можно отнести то, что верхняя часть печи прогревается значительно больше, чем нижняя. В малых печах этот недостаток в какой-то мере компенсируется достаточно сильным прогревом стенок топливника. В больших же печах приходится прогревать низ печи, пропуская наиболее горячие газы по каналам, расположенным в нижней части печи, что обеспечивает наиболее благоприятный режим прогрева помещения.

Многооборотная система дымоходов включает в себя несколько последовательных вертикальных или горизонтальных каналов. Один из недостатков такой системы состоит в том, что, двигаясь от топливника к дымовой трубе, газы совершают много поворотов и поэтому испытывают значительное сопротивление своему движению. Другой недостаток многооборотных систем – резко неодинаковый прогрев печи на участках первого и последнего канала, а это может привести к растрескиванию кладки. Поэтому применять многооборотную систему обычно не рекомендуется.

При выборе системы каналов надо также учесть, что вертикальная система дымооборотов обеспечивает большую теплоотдачу дымовых газов, а горизонтальная – более надежную тягу, что немаловажно, скажем, при недостаточно высокой трубе.

Из соображений противопожарной безопасности верхняя поверхность перекрытия печи должна располагаться от потолка (обычно делаемого из сгораемых материалов) на расстоянии 55–45 см.

Часть д ы м о в о й т р у б ы, находящаяся между корпусом печи и разделкой у потолочного перекрытия, называется шейкой, ее минимальная высота – три ряда кирпича плашмя.

В шейке печи размещаются задвижки или дымовая вьюшка, с помощью которых перекрывают дымоходы печи после окончания топки. Установка этих приборов ниже уровня перекрытия печи ведет к большой потере теплоты.

Дымовая труба служит для отвода дымовых газов из печи и для создания тяги. Если первая из указанных функций трубы не требует пояснений, то о тяге следует рассказать поподробнее.

Тяга – разряжение в участке канала (в нашем случае – трубе), под действием которого создается поток газа. При естественной тяге, а именно такая тяга создается в печной трубе, движущая сила возникает из-за разности плотностей газов различной температуры. Таким образом, в основном сила тяги зависит от температуры отходящих газов и от высоты трубы. Увеличивать температуру газов экономически невыгодно, поэтому, чтобы улучшить тягу, следует увеличить высоту трубы. Опыт показывает, что расстояние между колосниковой решеткой печи и оголовком трубы должно быть не меньше 5–6 м.

На тягу печи влияет также сопротивление стенок дымового капала движению газов, уменьшить которое можно: сокращением числа дымооборотов печи, увеличением площади сечения дымооборотов и дымохода (напомним, что минимальное сечение – Ѕ х Ѕ кирпича), созданием более гладкой поверхности у внутренних стенок дымооборотов и дымохода.

И наконец, тяга резко снижается, если в кладке печи или дымохода имеются даже небольшие щели (как показывает практика, причина неудовлетворительной тяги чаще заключается в дефектах дымовой трубы, по не топки).

Дымовые трубы бывают трех видов: насадные, опирающиеся на массив печи; коренные, имеющие отдельный фундамент; стенные, встроенные в капитальные стены дома.

Как правило, отопительные да и другие печи, устраиваемые в сельском доме, оборудуются насадной трубой, которая включает в себя уже упомянутую шейку, разделку у потолка, или распушку (рис. 3), стояк в чердачном помещении, разделку у крыши (выдру), оголовок.

Разделка трубы служит для предохранения деревянных конструкции потолка и крыши от возгорания в процессе топки печи. Она представляет собой утолщение стенок дымовой трубы в местах прохождения ее через потолок и крышу. Утолщение выполняется из кирпича, железобетона, или же его роль берет на себя ящик с песком (рис. 4).

Если предполагается, что кухонный очаг или печь будет топиться более трех часов подряд, то необходимо дополнительно теплоизолировать деревянные конструкции потолка от трубы асбестом или войлоком, пропитанным глиняным раствором.

Рис. 3. Распушка из кирпича

Если войлока или асбеста под рукой но окажется, толщину разделки следует довести до 51 см. Толщина стенок стояка не не менее чем Ѕ кирпича.

Между стояком и оголовком трубы выкладывают напуск из кирпича – выдру. Она препятствует попаданию в чердачное помещение дождя и снега через щели между трубой и кровлей. Эти щели закрывают воротником из кровельной стали, пропуская концы листов под выступающие края выдры (рис. 5).

Выбирая высоту трубы и место ее расположения на крыше, следует руководствоваться определенными правилами, чтобы избежать влияния ветра на тягу в дымоходе. Так, высота оголовка зависит от расстояния трубы от конька крыши. Если труба расположена от него на расстоянии до 1,5 м по горизонтали, то она должна быть на 0,5 м выше конька крыши. При расстоянии до конька 1,5–3 м оголовок должен доходить до уровня конька (рис. 6). Как располагать на крыше дома дымовую трубу с несколькими дымоходами, показано на рис. 7.

Рис. 4. Распушки: а – из железобетона; б – в виде ящика с песком: 1 – дымоход; 2 – кирпич; 3 – арматура; 4 – бетон; 5 – стенки ящика (асбоцемент, бетон); 6 – песок

Рис. 5. Кирпичная разделка у крыши – выдра

Рис. 6. Высота дымовой трубы в зависимости от ее удаления от конька крыши

Рис. 7. Положение дымовой трубы ка крыше: 1 – наилучшее; 2 – допустимое; 3 – нежелательное; 4 – весьма нежелательное; 5 – конек крыши

Еще один путь борьбы с действием ветра, способным нарушить тягу в дымоходах, – это соответствующее оформление оголовка трубы. Для этой цели оголовку либо придают особую форму (рис. 8), либо устанавливают на трубе флюгеры или дефлекторы. Флюгеры, имеющие вращающиеся части, из-за коррозии быстро выходят из строя. Поэтому в качестве ветрозащитных устройств лучше использовать дефлекторы, которые осуществляют подсос газов из дымовых труб за счет энергии ветра. Более всего распространены дефлекторы инжекционного типа (рис. 9).

Рис. 8. Противоопрокидывающий оголовок трубы в форме пирамиды: 1 – разделка у крыши;

2 – металлическая облицовка

Рис. 9. Дефлектор конструкции Григоровича: 1 – диффузор; 2 – колпак; 3 – обратный конус

ЭТО ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Коэффициент полезного действия

очагов, %

Отопительные печи 80–85

Открытые очаги, камины 10–40

Камины, оборудованные

калориферами 30–80

Кухонные плиты (варочные и

отопительно-варочные) 60–80

Печи-каменки:

одноразовая топка 50–70

непрерывная топка 20–40

Водогрейные печи для бань 35–55

Дровяные котлы, для

центрального отопления:

с верхним горением дров

в топке 40–70

с нижним горением дров

в топке 60–80

Присоединение к одному дымоходу двух печей, как правило, не рекомендуется. Если же такая необходимость все-таки возникает, то нужно, чтобы сечение общего канала было не меньше чем 1 х Ѕ кирпича, а расстояние между обоими вводами в дымоход по высоте канала было не менее 0,75 м (между вводами, расположенными на одном уровне, устраивают рассечку в виде вертикальной стенки высотой не менее 0,75 м, толщиной в кирпич).

Размеры сечения дымового канала зависят как от типа печи, так и от ее теплопропзводительности. Сечение 1 /2 х 1 /2 кирпича достаточно для печей с теплоотдачей до 3000 ккал/ч. 1 /2 х 3 /4 – для печей с теплоотдачей до 4500 ккал/ч.

При эксплуатации печей часто на внутренней поверхности дымовых труб наблюдается появление конденсата. Со временем конденсат может пропитать кладку насквозь, что потребует перекладки поврежденных участков трубы. Образование конденсата зависит от многих факторов, среди которых: размеры колосниковой решетки, площадь внутренней поверхности печи и толщина ее стенок, влажности применяемого топлива и др.

Следует отметить, что конденсат не образуется, если дымовые газы при выходе из дымооборотов в трубу имеют температуру более 200–250 °C. Проще всего температуру в трубе определять с помощью лучины, помещенной во время топки печи на 30–40 минут в то или иное место трубы. До температуры 150 °C цвет древесины по меняется. Желтизна древесины свидетельствует о том, что температура достигла 200 °C, коричневый цвет соответствует температуре около 250 °C. Почернение древесины говорит о температуре более 300 °C.