Оптимизация и размещение отопительных печей в зданиях

Введение и нормативные требования к микроклимату. Обеспечение нормативного температурно-влажностного режима в зданиях различного назначения является ключевой задачей системы отопления. Санитарными нормами и правилами (СНиП) установлена определенная расчетная температура воздуха, которую необходимо поддерживать в обслуживаемой зоне помещений в холодный период года.

Для жилых помещений эта величина составляет 18 °C, для детских дошкольных учреждений (детских садов и яслей) — 20 °C, а для производственных зданий и цехов — 15 °C.

Отопительные печи представляют собой локальные теплогенерирующие установки периодического действия, предназначенные для аккумулирования тепловой энергии и поддержания стабильного микроклимата в течение длительного промежутка времени.

Физика теплообмена и циркуляция воздуха. В процессе сгорания твердого или газообразного топлива отопительный массив печи разогревается до высоких температур, в несколько раз превышающих температуру комнатного воздуха. Вокруг нагретых внешних граней и стенок печи возникает естественный конвективный теплообмен:

- Прилегающие слои воздуха нагреваются, теряют плотность и поднимаются вверх.
- Боле холодные макрообъемы воздуха опускаются вниз, создавая постоянную циркуляцию воздушных масс.
- В результате конвекции и лучистого теплообмена происходят постепенный прогрев и стабилизация температурного поля помещения.

Рис. 1. Схема конвективного движения воздушных потоков и лучистого теплообмена в отапливаемом помещении

Следует учитывать, что у внутренних поверхностей ограждающих конструкций (наружных стен) температура воздуха всегда несколько ниже среднеобъемной. В печных конструкциях с более интенсивным нижним прогревом градиент температур по высоте помещения менее выражен по сравнению с системами, имеющими преимущественно верхний прогрев. По мере выравнивания температуры массива печи и окружающего воздуха интенсивность конвективной циркуляции естественно затухает.

Принципы пространственного размещения печей. Наиболее эффективным с точки зрения теплофизики считается размещение печи вблизи наружной стены, где наблюдаются максимальные теплопотери. Однако на практике геометрическое расположение определяется конструктивными особенностями здания и конфигурацией планировки.

Размещение в однокомнатных квартирах. В жилых блоках небольшого объема (состоящих из комнаты и кухни) целесообразно устанавливать отопительно-варочные печи. Размещение планируется следующим образом:
1. Варочная плита и духовой шкаф выходят в технологическую зону (кухню).
2. Основная теплоотдающая поверхность (щиток) обращена в сторону жилой комнаты.

Размещение в каменных зданиях. В зданиях с каменными или кирпичными стенами дымоходные каналы (дымоходы) чаще всего проектируются внутри внутренних капитальных стен. В связи с этим отопительные агрегаты примыкают непосредственно к этим несущим конструкциям для минимизации длины соединительных патрубков.

Размещение в многокомнатных квартирах. В многокомнатных планировках одна отопительная печь обычно обслуживает смежные помещения (две или три комнаты).

- Пропорциональность теплоотдачи: Площадь теплоотдающей поверхности печи, выходящей в каждое конкретное помещение, должна быть строго пропорциональна его объему и расчетным теплопотерям.

- Неравномерность нагрева: При расчетах учитывается, что у ряда конструкций печей различные внешние стенки нагреваются неравномерно.

- Обслуживание (топка): Топочную дверцу и обслуживание массива печи в многокомнатных квартирах выносят в непроходные зоны — коридор или кухню, чтобы фасад печи и процессы загрузки топлива не загрязняли жилые комнаты.

Размещение в производственных помещениях. При необходимости применения печного отопления в крупногабаритных производственных или складских помещениях печи устанавливаются в простенках наружных стен, при этом строго соблюдается условие сохранения естественной освещенности (печи не должны заслонять оконные проемы).

Во всех случаях отопительные приборы не должны загромождать проходы, а должны органично вписываться в архитектурно-планировочную структуру здания.

Технико-эксплуатационные требования к отопительным печам. К современной отопительной печной технике предъявляется комплекс конструктивных, теплотехнических и санитарно-гигиенических требований:

1. Экономичность — высокий КПД сгорания топлива и максимальная аккумуляция тепла при минимальном удельном расходе топлива.

2. Равномерность прогрева — стабильное распределение температуры по всей внешней поверхности массива без локального перекала.

3. Простота и удобство — эргономичная конструкция, удобство чистки газоходов, простота розжига и управления тягой.

4. Высокая теплоемкость — способность накапливать тепловую энергию во время топки и отдавать её в помещение продолжительное время.

5. Пожарная безопасность — соблюдение противопожарных разделок, отступок и норм безопасного расстояния до горючих конструкций.

6. Эстетика и компактность — минимальные габаритные размеры при высоком тепловом потоке, соответствие интерьеру помещения.

7. Газонепроницаемость — полное отсутствие трещин и плотность кладки, исключающие проникновение угарного (CO) и дымовых газов.

8. Надежность и долговечность — использование термостойких материалов (шамотный и полнотелый кирпич), устойчивость к циклическим термонагрузкам.

Заключение. Грамотный выбор конструкции, расчет тепловой мощности и правильное пространственное размещение отопительной печи гарантируют поддержание нормативных параметров микроклимата, безопасную эксплуатацию и высокую энергоэффективность системы отопления здания.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. И. Воропай

Источник: Как сложить печь

Данные публикации будут полезны начинающим и практикующим печникам, индивидуальным застройщикам и жителям сельской местности, а также широкому кругу читателей, интересующихся проектированием, кладкой, ремонтом и эксплуатацией бытовых печей.