Текст книги "Строим печи и камины"

Кирилл Александрович Борисов
Строим печи и камины

Введение

Первые печи в России появились еще в начале XV века. Их название – «русские» – не изменилось и до сих пор.

Первые модели печей имели незамысловатую конструкцию и топились по-черному, т. е. дым выходил прямо в помещение и вытягивался в приоткрытую дверь. Но стоит отметить, что крестьяне умели должным образом расположить печь, так чтобы копоть осаживалась непосредственно около нее, не засоряя всей комнаты. Научились они и правильно подбирать топливо, которое равномерно прогорало, не давая удушливых газов. В своем роде это целое искусство – правильно расположить в топке поленья, чередуя различные породы древесины.

Шло время, конструкция русской печи усовершенствовалась и обновлялась. Так, появилась дымовая труба, которая выходила через потолочное перекрытие наружу. В основе ее конструкции лежит принцип тяги. Русские мастера при постройке печи создавали в дымоотводе от 5 до 9 колен – изгибов, которые образовывали камеры с разным давлением, за счет чего и появлялась тяга.

Но со временем разрабатывались и принципиально новые отопительные конструкции различных видов печей. Помещения стали отапливать, используя газ, горячую воду, электричество, но даже в наши дни древесно-угольное отопление остается актуальным, например для загородных дач или садовых домиков. Не стоит забывать и о том, что печи и камины создают в помещении уют, именно это их качество дало начало развитию такой отрасли печестроения, как декоративные камины.

Сложить камин или печь у себя дома – задача не из легких, но вполне выполнима, нужно лишь обладать навыками кирпичной кладки, аккуратностью в работе и свободным временем.

В этой книге вы найдете основную информацию, которая поможет вам в работе. Здесь есть список необходимых инструментов, правила их эксплуатации и приведения в рабочее состояние, классификация расходных материалов, способы изготовления их в домашних условиях, и, конечно, в книге рассматриваются конкретные модели с полным описанием и схемами, которые вы можете усовершенствовать по своему вкусу.

Итак, успехов вам!

Разновидности печей

Вам, безусловно, известно, что печи бывают разными, и порой у двух моделей практически нет ничего общего. Рассматривая несколько основных параметров, можно классифицировать виды печей. Основными параметрами считаются следующие:

1. Назначение.

2. Температура нагрева стенок.

3. Продолжительность сгорания топлива.

4. Время, необходимое для прогрева и полноценной теплоотдачи.

5. Схема движения газов в каналах.

6. Конструкция дымоотвода.

7. Форма.

8. Отделка наружных стенок.

9. Основной материал для изготовления.

Назначение

Говоря о назначении печи, можно назвать четыре основных вида:

1. Отопительные печи.

2. Отопительно-варочные печи.

3. Кухонные плиты с отопительными щитками.

4. Печи специального назначения: банные, прачечные, печи-камины и т. д.

Функции каждой модели заложены в ее названии. Так, отопительно-варочные печи предназначены для обогрева помещения и приготовления пищи. В качестве примера можно привести русскую печь, ведь считается, что многие блюда – такие, как, например, щи, – качественно приготовить можно только в ней. После варки кушанье должно потомиться в остывающей печи, только тогда оно приобретает неповторимый вкус и аромат. А этот процесс напрямую зависит от параметров печи, ее размеров, способа отвода дыма, и, конечно, очень важно используемое топливо.

Конструкция русской печи долгое время оставалась неизменной, но, к сожалению, она все-таки далека от идеала. Русская печь прогревает только верхние слои воздуха и имеет достаточно узкие рамки при выборе топлива.

Кухонные плиты предназначены исключительно для приготовления пищи, их отопительные способности посредственны, но в небольшом помещении излучаемого ими тепла вполне хватает для обогрева.

Для повышения отопительных способностей кухонных плит в их конструкцию включают отопительные щитки. Такие плиты называют кухонными с отопительными щитками.

Ассортимент отопительных щитков довольно широк. Их выполняют из кирпича, металла или другого огнеупорного материала. Отопительный щиток представляет собой приставную стенку с системой каналов внутри. Горячий воздух из топки плиты проходит через каналы щитка, нагревая его, и, медленно остывая, щиток, в свою очередь, прогревает все слои воздуха в помещении.

Температура нагрева

Плиты бывают разными, и, само собой, отличаются температуры нагрева их внешних стенок. По данной характеристике выделяют три следующих типа печей:

1. Умеренного нагрева – 90° С.

2. Повышенного нагрева – 120° С.

3. Высокого нагрева – 120° С и выше.

Для разного типа печей используются и определенные строительные материалы, прежде всего рассматривается их огнеупорность, т. к. материал, из которого изготовлена внешняя стенка печи умеренного нагрева, вряд ли подойдет для печи с высоким нагревом. Но разговор о материалах пойдет немного дальше.

Схема движения газов в каналах

Схема движения газов в дымоотводящих каналах печи – один из наиболее важных параметров при ее постройке (рис. 1). За исключением печей специального назначения, выделяются следующие типы:

1. С параллельными каналами (одно– или двухоборотные).

2. Последовательного соединения (одно– или многооборотные).

3. Бесканальные (колпаковые).

4. С комбинированной системой дымовых каналов.

Рис. 1. Схема движения газов в каналах: а – многооборотная; б – однооборотная с одним опускным каналом; в – однооборотная с тремя опускными каналами; г – бесканальная

Для дачи или загородного домика выгоднее всего строить печь средних размеров, в этом случае рекомендуется использовать конструкцию с параллельным размещением каналов. В этом случае сопротивление выходящим газам уменьшается за счет короткого пути, а для полноценного сгорания топлива требуется меньшая тяга.

Многоканальная система используется достаточно часто при постройке более крупных моделей. Но такая система обладает рядом серьезных недостатков: большая длина каналов оказывает сильное сопротивление выходящим газам, вследствие чего приходится значительно увеличивать тягу в дымовой трубе; поверхность печи прогревается неравномерно, создаются участки перепада температур, на стыке которых могут возникнуть повреждения; на горизонтальных участках системы постоянно осаживается в больших количествах сажа, что влечет за собой потребность в их регулярной очистке.

Бесканальная система по вполне понятным причинам считается самой простой. Непосредственно над топливником печи устанавливается колпак (поэтому иногда ее называют колпаковой) или камера, которые и отводят дым. Сопротивление выходящим газам в этом случае невелико, но основной нагрев приходится на верхнюю часть печи.

Форма

Но формы печи бывают весьма разнообразными, но если отбросить многочисленные единичные «смелые решения» народных умельцев, то можно выделить пять основных типов:

1. Прямоугольные.

2. Многоугольные.

3. Квадратные.

4. Угловые.

5. Круглые.

Отделка наружных стенок

О таком процессе, как отделка наружных стенок печи, можно говорить долго, ведь различных способов и методов существует очень много. Здесь вы можете дать волю своей фантазии и применить все свои творческие и дизайнерские дарования.

Ниже этому разделу будет уделено особое внимание, а пока отметим лишь, что существуют обычное оштукатуривание, облицовка плиткой или изразцами, установка металлических футляров и декоративная отделка без облицовки путем расшивки кирпича.

Строение печей

Основные элементы печи (рис. 2)– это топливник и система дымооборотов (конвективная система). По расположению элементов вся конструкция условно делится на подпотолочную и надпотолочную. Подпотолочная часть – это все элементы, которые располагаются ниже топливника: фундамент, гидроизоляция, поддувало (зольник) и шанцы.

Рис. 2. Расположение основных элементов печи: 1 – шанцы; 2 – подтопочный канал нижнего обогрева; 3 – топливник; 4 – хайло (проем, соединяющий топочную камеру с конвективной системой); 5 – чистки; 6, 7 – задвижки; 8 – дымоход; 9 – разделка; 10 – перекрытие; 11 – теплоизоляция; 12 – выдра; 13 – дымовая труба; 14 – перекрыша; 15 – душники; 16 – конвективная система; 17 – камера; 18 – свод; 19, 21 – дверки; 20 – решетка; 22 – поддувало (зольник); 23 – гидроизоляция; 24 – теплоизоляция

Элементы надпотолочной части – это система дымоооборотов, воздушная и варочная камеры, каналы вытяжки, дымовая труба и т. д. Они располагаются выше топливника.

Топливник

Топливник представляет собой камеру для сжигания топлива. Часто его называют просто топкой. Топливник должен сохранять высокую температуру в зоне горения и вмещать не менее 3/4 твердого топлива, необходимого для одного отопительного процесса. Конструкция топливника должна обеспечивать равномерный доступ воздуха к горящему топливу. Учитывая то, что, прогорая, топливо дает угли, которые вовсе не способствуют нормальной работе печи, был создан такой элемент, как колосниковая решетка, или колосник.

Колосниковая решетка представляет собой обычную стальную решетку с различной частотой расположения прутьев для каждого вида топлива. Так, частота решетки для сжигания торфа и кизяка составляет примерно 10 мм. Для сжигания каменного угля используются решетки, состоящие из 4-сантимитровых стальных пластин, что предотвращает прогорание решетки, ведь температура горения угля гораздо выше, чем, к примеру, дерева, и улучшает приток воздуха в топливник. Располагается колосниковая решетка между топливником и зольной камерой, примерно на 1–2 ряда кладки ниже топочной дверцы. Очень часто колосник имеет небольшой наклон вперед.

При выборе размеров топливника руководствуются прежде всего предполагаемой максимальной теплоотдачей печи и видом используемого топлива.

Вот несколько примеров (топливо – древесина):

12–15 см – 1000 ккал/ч;

25–27 см – 3000 ккал/ч;

до 50 см – 3000 ккал/ч.

Для упрощения процесса кладки длина и ширина топливника должны быть кратными размерам кирпича. Внутреннюю часть топливника лучше выложить термостойким кирпичом (огнеупорным шамотным, тугоплавким гжельским, боровическим), толщина кладки должна составлять 1/2 кирпича. Такой процесс получил название «футеровка».

Зольная камера

Зольная камера располагается непосредственно под колосниковой решеткой и отвечает за два процесса: накопление золы и поступление воздуха в топку. В зольной камере обычно устанавливают дверцу, которая называется поддувальной. В старых образцах печей вместо дверцы поддувальный шлюз наполовину закрывался обычным кирпичом.

Дымоход

Дымоход – это система каналов, которая соединена с топливником. Благодаря тяге горячие дымовые газы двигаются по дымоходу, отдавая тепло кирпичной кладке, – это и есть основной принцип отапливания. Так как о некоторых принципиальных схемах дымоходов мы уже говорили выше, перечислим лишь основные правила, неукоснительное соблюдение которых поможет вам получить максимальный коэффициент полезного действия от вашей печи.

1. Внутренняя поверхность каналов дымохода должна быть гладкой.

2. Поперечное сечение каналов должно быть достаточно большим, чтобы газы беспрепятственно уходили в дымовую трубу. Обычно размеры канала кратны размерам кирпича – 1/2 х 1/2 или 1 х 1/2 кирпича.

3. Большее количество тепла дымовые газы должны отдавать нижней части печи.

Система овода газов может быть одно– или многооборотной.

Однооборотная система

Такая система отвода дымовых газов подразумевает один подъем и одно опускание теплого воздуха по каналам, при этом система может включать один канал или целую систему параллельных каналов. Превосходство множества параллельных каналов перед одним – это резкое уменьшение сопротивления движению дымовых газов и более равномерное прогревание печных стенок. Но такой дымоотвод гораздо сложнее при построении.

При всех своих положительных качествах, однооборотная система выгодна лишь для печей малых размеров, в противном случае основной нагрев будет приходиться на верхнюю часть конструкции, а это крайне неэффективно.

Многооборотная система

Такая система включает в себя несколько вертикальных или горизонтальных каналов. В отличие от предыдущей системы здесь подъем и опускание горячих дымовых газов происходят многократно, что увеличивает КПД печи. Но есть и недостатки. Основной нагрев приходится на нижнюю часть печи, однако общее нагревание стенок происходит неравномерно, что может повредить целостности кладки в результате перепада температур. К тому же при применении многооборотной системы сильно возрастает сопротивление выходящим газам.

Дымовая труба

Выход отработанных газов в дымовую трубу – это последняя стадия в процессе отапливания. Как вы уже знаете, проходя по каналам, теплый воздух нагревает стенки печи, сам постепенно остывая, вследствие чего создается перепад температур в каналах и образуется разность давлений. Такой процесс называют тягой.

Для улучшения тяги обычно наращивают длину трубы, именно поэтому дымовая труба – самая высокая точка в конструкции печи, ведь вы наверняка заметили, что трубы всегда находятся на крыше домов. Более подробное описание этого элемента будет дано ниже в главе «Дымовые трубы».

Выбор места в помещении

Допустим, вы уже определились с размерами печи и подобрали оптимальную конструкцию. Теперь перед вами встает немаловажный вопрос: где же расположить печь? Конечно, чтобы дать точный, исчерпывающий ответ на этот вопрос, нужно видеть помещение, но вот несколько рекомендаций, которые носят универсальный характер.

Как правило, отопительные печи возводят в углу помещения, возле внутренней капитальной стены. При этом ее стараются расположить как можно ближе к входной двери, чтобы не пришлось носить топливо через весь дом. Установка возле капитальной стены обусловлена необходимостью устройства дымохода.

Старайтесь расположить печь так, чтобы она отдавала как можно больше тепла помещению, также не забывайте о том, что ко всем стенкам печи должен быть более или менее свободный доступ, т. к. время от времени их придется чистить, делать косметический ремонт, а может быть, даже серьезно обновлять.

В том случае, если печь предназначена для отапливания только одной комнаты, лучше расположить ее на некотором расстоянии от стены, таким образом вы увеличите число рабочих поверхностей печи, отдающих тепло, и избежите перерасхода топлива (рис. 3, а, б).

Рис. 3. Возможное расположение печи в комнате: а, б – с отступом от стены

Рис. 3. (продолжение). Возможное расположение печи в комнате: в, г – в проеме внутренней стены; д – с выходом на веранду

Рекомендуется оставлять между стеной и печью так называемую отступку – пространство 15 см и более. Размеры отступки варьируются в зависимости от особенностей планировки помещения и его площади. Уменьшение этого пространства отрицательно сказывается на теплоотдаче задней, примыкающей к стене, рабочей поверхности печи.

Совершенно другая ситуация складывается в том случае, если печь предназначена для обогрева двух смежных комнат. Тогда рекомендуется встроить печь в смежную стену (рис. 3, в). Печь, обогревающую три или более комнаты, рекомендуется расположить, как на рис. 3, г. В этом случае гораздо проще установить дымовую трубу, она будет опираться на одну из внутренних перегородок. Но следует учесть, что стена, которая будет держать трубу, должна быть толщиной не менее 1 кирпича, иначе она может не выдержать. Если, возводя печь, к примеру, в садовом домике, вы хотите отапливать еще и веранду, то лучше всего расположить печь в капитальной стене, выведя на веранду топку и поддувало (рис. 3, д). Но имейте в виду, что при таком местоположении топить печь можно будет только с веранды.

Материалы для сооружения печей

Одним из наиболее трудных решений является выбор строительных и расходных материалов. Именно здесь кроются самые грубые и в конечном счете фатальные ошибки. Учитывая, что в наше время ассортимент таких материалов достаточно широк, сделать выбор в пользу одних или других для начинающего мастера достаточно сложно.

Исходя из вышесказанного, начнем с того, что материалы, используемые в строительстве в целом и для сооружения печей в частности, обладают рядом характеристик. В соответствии с такими признаками определяют пригодность или непригодность, а также эффективность того или иного материала. Ниже мы рассмотрим некоторые основные свойства, которые смогут помочь вам в выборе наиболее качественного и оптимального для ваших целей материала.

Свойства строительных материалов

При выборе материала для постройки печи стоит обратить внимание на следующие их свойства:

1. Плотность.

2. Пористость.

3. Влагоотдача.

4. Водопоглощение.

5. Гигроскопичность.

6. Теплопроводность.

7. Огнестойкость.

8. Огнеупорность.

9. Прочность.

10. Упругость.

11. Твердость.

12. Хрупкость.

13. Пластичность.

14. Сопротивление удару.

15. Антикоррозионность.

16. Объемная масса.

Конечно, кроме этих свойств, многие материалы обладают рядом еще других, но эти являются основными, и ниже мы подробно рассмотрим каждое из них.

Говоря о плотности материала, следует отметить главное – плотность может быть средней и истинной.

Средняя плотность– это отношение массы тела (кирпича, камня и т. д.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Средняя плотность выражается в кг/м2.

Истинная плотность– это предел отношения массы к объему без учета имеющихся пустот и пор.

Но не стоит сильно беспокоиться по поводу разницы между двумя этими величинами, т. к. у многих материалов – таких, как, например, сталь и гранит, они практически равны, а у кирпича различаются, но несильно (в этом случае средняя меньше истинной).

Пористость материала показывает степень заполнения его общего объема порами или специальными пустотами. В качестве яркого примера можно привести кирпич с теплоизоляцией. В нем есть ячейки, которые остаются пустыми в процессе кладки. Как известно, воздух – очень хороший теплоизолятор, поэтому из такого кирпича удобно строить стены домов, но для строительства печей он, конечно, не годится. Пористость исчисляется в процентах.

В соответствии с величиной пор материалы делятся на мелкопористые (размеры пор исчисляются в сотых и тысячных долях миллиметра) и крупнопористые (размеры пор колеблются до 1–2 мм).

Пористость кирпича составляет в среднем 25–35%, тогда как у стекла или металла она равна нулю.

Влагоотдача – это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Данная характеристика определяется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки при температуре воздуха 20° С и относительной влажности воздуха 60%.

В момент использования материала в постройке он может иметь повышенную влажность (если он, к примеру, хранился на сыром складе) и после высыхания изменит свои свойства – такие, как прочность или объем, что повлечет за собой появление дефектов в уже законченной и, казалось бы, идеально выполненной конструкции.

Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу. Следует различать водопоглощение по объему и водопоглощение по массе.

По объему водопоглощение не может превысить 100% (если быть точным, то и 100%-ного водопоглощения не существует), зато по массе оно может значительно превышать 100%-ную отметку, например у теплоизоляционных материалов – таких, как стекловата, поролон.

Следует также отметить, что насыщение теплоизоляционных материалов водой значительно снижает их теплоизоляционные свойства, т. к. вода – очень хороший проводник тепла.

Гигроскопичность – это способность материала поглощать влагу из воздуха. К гигроскопичным материалам относятся прежде всего древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования. Набирая влагу, материал меняет свои параметры: увеличивается его масса, теплопроводность, снижается прочность, изменяются размеры. Исходя из этого, следует учитывать влажность воздуха в помещении, где предполагается применение вышеупомянутых материалов.

Теплопроводность – это способность материала передавать тепло при наличии разности температур внутри и снаружи конструкции. Другими словами, эта характеристика определяет, насколько хорошо рабочая поверхность вашей печи будет отдавать тепло в окружающее пространство.

Степень теплопроводности материала зависит от ряда факторов – таких, как его природа, структура, пористость, влажность и, что самое главное, средняя температура, при которой происходит передача тепла. Последний из вышеназванных параметров определяет, до какой температуры нужно нагреть тот или иной материал, чтобы он начал полноценное излучение тепла.

Как правило, крупнопористые материалы более теплопроводны, чем материалы, имеющие мелкопористое строение. Большое значение также имеет степень замкнутости пор в материале. Материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем их аналоги с сообщающимися.