Печи для отопления. Конструкция печи

В настоящее время в индивидуальной застройке сельских населённых пунктов преобладают печные системы отопления. Основные их достоинства — простота обслуживания, возможность сжигания любых видов топлива, малая металлоёмкость и возможность строительства из местных материалов; недостатки — ухудшение санитарно-гигиенических условий отапливаемых помещений, повышенная пожароопасность, трудоёмкость обслуживания, а также сравнительно низкий коэффициент полезного действия.

Различают теплоёмкие и нетеплоёмкие отопительные печи. Теплоёмкими считаются такие, которые при одной- двух топках в сутки способны компенсировать теплопотери помещения, при этом отклонения температуры в помещении не будут выходить за допустимые пределы. К печам малой теплоёмкости (нетеплоёмким) относятся быстро остывающие металлические нагревательные печи.

По температуре прогрева различают печи умеренного прогрева (с температурой наружной поверхности печи, не превышающей 90 °С), повышенного прогрева (с температурой поверхности до 120 °С) и высокого прогрева (с температурой поверхности превышающей 120 °С). К печам высокого прогрева относятся нетеплоёмкие печи. По назначению печи бывают отопительные, кухонные (для приготовления пищи) и отопительно-варочные (комбинированные). По схеме движения дымовых газов они делятся на: многооборотные, в которых горячие газы проходят последовательно по ряду вертикальных и горизонтальных дымовых каналов; с одним восходящим и несколькими опускными каналами, где дымовые газы движутся последовательно-параллельно; бесканальные колпаковые — с движением газов в объёме колпака за счёт гравитационных сил, то есть за счёт охлаждения дымовых газов, увеличения их плотности и опускания вниз в дымовой канал, а затем в дымовую трубу.

Основным исходным положением при проектировании и выборе типа печи является правильное определение её расчётной теплоотдачи при непременном условии: печь должна обеспечивать теплом помещение при любой наружной температуре. Для этого необходимо знать количество тепла, теряемое данным помещением при самой низкой расчётной температуре. Если в зимнее время потери тепла за счёт перехода его от внутреннего к наружному воздуху через стены, окна, двери, полы и потолки помещений дома не восполнять притоком тепла от отопительного устройства, температура в помещениях будет понижаться до тех пор, пока не приблизится к наружной.

Для определения тепловых потерь необходимо располагать данными об объёме и назначении каждого помещения, о размерах и числе окон, дверей, характеристиках строительных конструкций стен, пола, чердачного перекрытия и т.д. В упрощённом варианте расчёта принято считать, что 1 м³ внутреннего объёма углового помещения теряет примерно 60 ккал/ч (расчётная температура — 25 °С в условиях Беларуси для кирпичной стены). Необходимо также учитывать направление тёплых потоков воздуха в помещении в зависимости от вида применяемой системы. Стелющиеся по полу холодные потоки воздуха идут от окон и наружных стен к стоящей в глубине помещения печи. Нельзя достичь равномерного распределения теплоты по горизонтали помещения, отапливаемого печью, так как греющие поверхности печи оказываются, как правило, сосредоточенными в одном месте помещения, в то время как охлаждение происходит за счёт окон и наружных стен.

Чтобы сделать расчёт, какая именно печь нужна для конкретного помещения, необходимо кроме его объёма знать теплоотдачу печи. Принято считать, что каждый квадратный метр свободной поверхности печи отдаёт примерно 500 ккал/ч. Печь, занимающая 1 м² площади пола, способна обогреть не менее 30—35 м² жилой площади дома.

Сколько же и каких печей нужно в доме?В качестве конкретного примера возьмём одноквартирный 4-комнатный жилой дом 6,5х8,5 м и высотой 2,5 м, в котором все четыре комнаты изолированные, поэтому в каждой из них нужно соорудить печь. Размеры комнат: 3x3,7 м; 3x3,5 м; 3,5x5 м; 3,5х3,7 м.

Сначала определим теплопотери всего дома, для чего объём дома (6,5 х 8,5 х 2,5 м) надо умножить на 60 (количество ккал/ч, которое теряет 1 м³ внутреннего объёма углового помещения). В итоге получим 3288 ккал/ч. Такова должна быть суммарная теплоотдача печей, чтобы поддерживать нужную температуру в таком доме.

Затем таким же способом определим, какая печь нужна для каждой отдельной комнаты. Теплопотери первой комнаты составляют 3x3,7x2,5x60 = 1670 ккал/ч. Значит, нужно выбрать печь, теплоотдача которой близка к данному показателю. Учитывая, что данная печь должна принимать на себя и теплопотери коридора, нужно установить печь с теплоотдачей 1750 ккал/ч. Теплопотери второй комнаты: 3x5x2,5x60 = 2250 ккал/ч. Здесь можно установить печь с теплоотдачей 2200 ккал/ч. Теплопотери третьей комнаты: 3,5x5x2,5x60 = 2625 ккал/ч. В этой комнате можно установить печь с теплоотдачей 2640 ккал/ч. Теплопотери четвёртой комнаты и кухни: 3,5 х 3,7 х 2,5 х 60 = 1950 ккал /ч. Для этой комнаты подойдёт печь с теплоотдачей 1950 ккал/ч, лучше варочная печь с отопительным щитком площадью 4,4 м.

В сумме теплоотдача печей во всех четырёх комнатах составляет 1750 (1) + 2200 (2) + + 2640 (3) + 1950 (4) = 8540ккал/ч (при расчётах две последние цифры округлялись) при необходимой (расчётной) теплоотдаче 8288 ккал / ч. Некоторое превышение выбранной теплоотдачи над расчётной — необходимый запас, который всегда нужно иметь при сооружении печей.

Зная объём помещения, а также то, что печь, занимающая 1 м² площади пола, может обогреть не менее 30—40 м² жилой площади, можно легко определить нужные параметры печи для данного помещения. Но в каждом конкретном случае необходимо стремиться к уменьшению топок и дымовых труб. В рассмотренном выше варианте лучше на три комнаты построить одну отопительную печь, а вторую печь с отдельной трубой устроить на кухне.

В зависимости от планировочного решения помещений здания печи размещаются у внутренних или наружных стен. Печи у внутренних стен позволяют эффективно использовать лучевую теплоотдачу, ко их недостатком является конвективное движение холодных потоков воздуха у пола от наружных стен к печи, создающее при этом дискомфортные условия, и перегрев воздуха у потолка значительно выше нормативных величин. Размещение печей у наружных стен приводит к ухудшению планировочных решений помещений и эксплуатации печей. Поэтому чаще всего 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.

Конструкция печи. Несмотря на разнообразие конструкций печей, все они имеют 3 основные части — фундамент, корпус и дымовую трубу. Общий вид и устройство наиболее характерных для сельской местности печей показаны на рис. 70.

Рис. 70. Печи. А. Общий вид и устройство отопительно-варочной печи: а — основа; б — корпус; в — дымовая труба. Части печи: 1 — отступ; 2 — дымоходы; 3 — перекрыта; 4 — воздушная камера; 5 — хайло; 6 — свод; 7 — топочное пространство; 8 — топочная дверка; 9 — колосниковая решётка; 10 — поддувальная дверка; 11 — зольник; 12 — шанцы; 13 — под; 14 — задвижка. Б. Печь «Теплушка» Т-4: а — общий вид; б — детали печи (1 — место входа газов в дымовую трубу, 2 — задвижка на летний ход, 3 — печная заслонка, 4 — дымовая труба, 5 — вьюшка, 6 — основная задвижка, 7 — топливник, 8 — варочная камера, 9 — отверстие из варочной камеры в нижнюю отопительную камеру, 10 — кирпичные столбики-опоры, 11 — водогрейная коробка, 12 — нижняя отопительная камера). В. Металлическая печь-времянка: 1 — короб; 2 ч— колосниковая решётка; 3 — зольник; 4 — ножки; 5 — поддувальная дверка; 6 — топливник; 7 — топочная дверка; 8 — стальной патрубок; 9 — дымоход. Г. Топливники: а — топливник для дров (1 — поддувальная дверка, 2 — топочная дверка, 3 — колосниковая решётка, 4 — свод); 6 — топливник для каменного угля (1 — шахта, 2 — колосниковая решётка, 3 — свод).

Фундамент печи служит для обеспечения устойчивости конструкции. Без фундамента можно возводить печи массой до 750 кг. Во всех остальных случаях сооружение фундаментов обязательно. При этом фундамент печи не должен быть связан с фундаментом самого дома, иначе из-за разности осадки этих фундаментов может произойти перекос фундамента печи, в ней появятся трещины, будет разрушаться кладка.

Корпус печи состоит из топливника и дымоходов, размеры и конструкция которых определяются в зависимости от назначения, тепловой мощи печи, вида сжигаемого топлива, материала, из которого сделана печь, места её размещения и высоты помещения.

Топливник (рис. 70Г) по своей конструкции должен обеспечивать достаточное поступление воздуха к горящему топливу и сохранять высокую температуру в зоне горения, а также учитывать конкретные условия работы печи и виды сжигаемого топлива. Объём топливника должен быть таким, чтобы в пространстве под топливом могли сгореть содержащиеся в нём горючие летучие вещества. Тепловая напряжённость объёма топливника не должна превышать установленных пределов. Площадь поддувального отверстия определяется количеством воздуха, которое необходимо подать для нормального горения топлива.

Теплонапряжённость топливника 200—250 тыс. ккал/ч на 1 м³ определяет его минимальный объём. Если объём недостаточен, не будет обеспечена необходимая теплоотдача печи. Практика показывает, что ширина топливника при теплоотдаче печи в 1000 ккал/ч составляет порядка 120 мм; при 3000 ккал/ч — 270 мм; при большей теплоотдаче — до 500 мм. В целом длину топливника принимают равной от 260 до 510 мм. Для дров лучше иметь более длинный топливник, чтобы поленья укладывались плашмя, что способствует более полному сгоранию.

Высота топливника зависит от вида топлива. При использовании дров она колеблется от 420 до 1000 мм, считая от колосниковой решётки (от 6 до 15 рядов кладки) по высоте.

Колосниковая решётка обычно укладывается на один-два ряда ниже уровня топочной дверцы с тем, чтобы при её открывании горячие угли не выпадали на пол. Иногда её устанавливают с наклоном, при котором задняя часть выше передней на 4—5 см. Такой подъём пода обеспечивает более равномерное горение топлива и отделение пламени от дыма.

Топливник рекомендуется выкладывать или футеровать огнеупорным или шамотным кирпичом. Толщина стенок топливника должна быть не менее 0,5 кирпича, то есть 120 мм. Для удобства кладки размеры топливника должны быть кратными размерам кирпича. Если перекрытие топливника выполнить в виде свода, то лучистая энергия, отразившись от него, вернётся в зону горения, что улучшит процесс горения топлива.

Дымовая труба служит для отвода дымовых газов наружу. Одновременно за счёт движения горячих газов по дымовой трубе в топке создаётся разрежение, которое обеспечивает поступление к топливу свежего воздуха, способствующего более полному сжиганию топлива. В зависимости от способа и места установки имеются различные виды труб. Наиболее часто применяются стенные дымовые трубы, которые располагаются во внутренних капитальных кирпичных стенах. В деревянных домах, как правило, используются насадные дымовые трубы, устанавливаемые непосредственно на печи, и коренные дымовые трубы, которые устанавливаются около печи и опираются на свой фундамент. Последний вид труб применяют как в деревянных домах, так и в кирпичных, не имеющих внутренних капитальных стен, и в домах с наличием мансардного помещения, где дымовая труба служит для обогрева помещения.

В любом случае дымовая труба должна возвышаться не менее чем на 0,5 м над крышей дома. Это необходимо для того, чтобы трубу не заносило снегом. Для предотвращения задувания дымовых газов труба должна возвышаться на 0,5 м над уровнем конька крыши, если она отстоит от конька не более чем на 1,5 м, быть не ниже уровня конька крыши, если её расстояние от конька составляет 1,5—3 м, и возвышаться над крышей настолько, чтобы угол между горизонтальной плоскостью и плоскостью, проведённой через конёк крыши и верх трубы, был не более 10° (рис. 72Б).

Рис. 72. Дымовая труба. А. Внешний вид и порядок кладки трубы: а — основные части; б — порядовки; 1 — оголовок трубы; 2 — шейка трубы; 3 — выдра; 4 — стояк трубы; 5 — распушка; 6 — шейка трубы. Б. Размещение дымовых труб над крышей относительно конька.