Части печи

Все печи и очаги должны стоять на прочном основании. Ненадежное основание — одна из главных причин преждевременного выхода печи из строя. Печи нижних этажей ставят на специальных фундаментах. Исключение представляют небольшие печи и очаги массой до 750 кг. Такие печи можно ставить непосредственно на пол, предварительно убедившись в его прочности. Если пол шаток, то его нужно усилить дополнительными балками или под имеющиеся балки подвести стулья, городки и т. п.

Фундаменты и основания под печи

Все печи и очаги должны стоять на прочном основании. Ненадежное основание — одна из главных причин преждевременного выхода печи из строя. Печи нижних этажей ставят на специальных фундаментах. Исключение представляют небольшие печи и очаги массой до 750 кг. Такие печи можно ставить непосредственно на пол, предварительно убедившись в его прочности. Если пол шаток, то его нужно усилить дополнительными балками или под имеющиеся балки подвести стулья, городки и т. п.

Фундаменты под тяжеловесные печи устраивают на плотных грунтах, не дающих осадки под нагрузкой. Верхний растительный слой грунта (почва) содержит много органических примесей и имеет пористую структуру, поэтому он не может служить основанием для фундаментов. Растительный слой, толщина которого колеблется от 10 до 50 см, нужно убрать. Под растительным слоем находятся грунты разного происхождения.

Грунты можно подразделить на четыре группы.

1. Материковые грунты — сплошная и разборная скала, гравийно-песчаные грунты, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород и не перемещенные с места образования. Материковые грунты являются надежными основаниями для фундаментов.
2. Наносные и осадочные грунты, образовавшиеся в местах, где в далеком прошлом были реки, озера и моря. Такие грунты также имеют достаточную плотность для устройства на них фундаментов. Исключение представляют лёссовые грунты и пористая глина. Лёссовые грунты при насыщении водой полностью теряют прочность, превращаются в жижу. Пористая глина, впитав в себя влагу, разбухает, а при замерзании еще больше увеличивается в объеме. При устройстве фундамента на пористой глине котлован отрывают на всю глубину слоя глины или ниже глубины промерзания грунта в данной местности. В основание фундамента втрамбовывают каменный щебень, затем устраивают песчаную подушку ¹ высотой 40—100 см (в зависимости от глубины котлована), а выше — фундамент из бутовой кладки.
3. Насыпные грунты, образовавшиеся на строительных площадках в результате перемещения грунта, а также на местах бывших строений. Слежавшиеся в течение трех и более лет пески, перемешанные с щебнем, гравием и т. п., если в них не обнаружено древесных отходов, могут служить основанием для фундаментов без специальной подготовки. Свеженасыпанные грунты (давность рыхления до 3 лет), если их невозможно убрать, уплотняют втрамбовыванием в подошву слоя щебня.
4. Вечная мерзлота, которой покрыта значительная территория нашей страны. Основания под печи в зданиях, построенных на вечной мерзлоте, должны служить не только прочной опорой для печи, но и быть надежной теплоизоляцией между массивом печи и поверхностью грунта.

¹ Песчаную подушку засыпают слоями толщиной 10 см с послойным трамбованием.

Комнатные печи в условиях вечной мерзлоты, как правило, располагают на усиленных полах. Для хлебопекарных и других тяжеловесных печей основанием служат настилы из бруса или бревен по сваям. Причем сваи не забивают в грунт, а опускают в пробуренные скважины. Смерзшись с вечной мерзлотой, сваи способны выдерживать очень большие нагрузки. Верхний растительный слой почвы под основанием печи не нарушают, так как он является хорошим теплоизолирующим материалом, предохраняющим вечную мерзлоту от таяния в летнее время. В современном строительстве зданий в зоне вечной мерзлоты широко практикуется устройство вентилируемых подполий. Это осложняет конструкцию фундаментов под массивные отопительные печи, так как требуется увеличивать высоту фундаментов и принимать меры для ограничения теплопередачи через фундамент в грунт. Поэтому в массивах фундаментов печей, сооружаемых в зданиях с подпольями, предусматривают устройство сквозных охлаждающих каналов, через которые циркулируется воздух подполья.

Фундамент печи устраивают внутри здания, поэтому глубина его заложения меньше глубины фундаментов стен самого здания. Подошву фундамента располагают на глубине: для комнатных одноэтажных печей без насадных труб — 0,5—0,6 м; для одноэтажных печей с насадными трубами и двухэтажных печей — 1 м, для коренных труб — 0,75 м. В скальных грунтах заглубление не требуется. Котлован отрывают несколько больше самого фундамента (на 5—10 см во все стороны), если фундамент выполняют из бутовой или кирпичной кладки, и равным по размерам фундаменту, если его выполняют из бутобетона. Подошву котлована выравнивают по уровню. Бутовую кладку во влажных грунтах ведут на цементном растворе, в сухих — на известковом или смешанном. Вначале дно котлована заливают жидким раствором, затем выкладывают наружные ряды из постелистых камней, а середину забутовывают на жидком растворе. Кладку наружных рядов ведут с перевязкой вертикальных швов и при необходимости с приколкой камней. Последний ряд выкладывают из хорошо обожженного, а при наличии — из пережженного кирпича. Этот ряд покрывают слоем цементного раствора, поверхность которого выравнивают рейкой по уровню. Затем укладывают гидроизоляцию из двух слоев толя, рубероида и т. п., после чего ведут кладку печи.

Фундамент из бутобетона, расположенный в грунте, бетонируют враспор, т. е. без опалубки. Для этого дно заливают бетоном и в него утапливают камни. Эту операцию повторяют до тех пор, пока бетон не заполнит котлован. Потом ставят опалубку в виде прямоугольного ящика без дна, по размерам равного фундаменту, и продолжают бетонирование до нужной отметки. Камни в бетон укладывают так, чтобы они не соприкасались с опалубкой. Верх выполняют так же, как и при бутовой кладке. После затвердения бетона снимают опалубку и приступают к сооружению печи. Фундамент под любую печь должен быть больше размеров печи в плане на 5 см во все стороны. Печи вторых этажей располагают или на печах первых этажей или на отдельных основаниях.

При расположении печей одна на другой кладку стенок нижней печи доводят до потолка. На уровне междуэтажного перекрытия укладывают железобетонную плиту с отверстием для прохода дымовой трубы печи первого этажа. По плите выкладывают два-три ряда кирпичной кладки с таким расчетом, чтобы общая толщина плиты и кладки равнялась толщине междуэтажного перекрытия. Размеры плиты и кладки на 12 см (1/2 кирпича) больше во все стороны размеров печи в плане. Для устройства отдельных оснований под печи второго этажа в-каменных зданиях в стены закладывают консоли из двутавровых стальных балок или рельсов. Концы консолей, выходящие в помещение, скрепляют стяжками из болтов. По консолям настилают доски толщиной 50—60 мм, которые покрывают двумя слоями войлока, смоченного в глине. Дальше ведут шанцевую кладку нижних рядов печи. Дощатый настил можно заменить кирпичной кладкой, выполненной в виде арки.

В деревянных зданиях концы консолей заделывают в стенки коренной трубы если толщина их не меньше 25 см (1 кирпич). Во всех случаях концы консолей, закрепляемые в стенах здания или трубы, укладывают на бетонные подушки. Длина заделываемых концов должна быть не менее 38 см (1/2 кирпича).

Корпус печи. Устройство топливников для всех видов топлива. Системы дымооборотов

Кладка первых рядов ¹ печи может быть сплошной или шанцевой. Шанцы — столбики, образующие сквозные каналы под печью, устраивают для вентиляции с целью охлаждения. Шанцевую кладку применяют в печах, устанавливаемых на деревянных основаниях, и печах вторых этажей. В нижней части печи помещается зольниковая камера или зольник. Он служит приемником золы и имеет назначение пропускать наружный воздух в топливник. Зольник имеет два отверстия: переднее, которое закрывают поддувальной дверкой, и верхнее, перекрываемое колосниковой решеткой или отдельными колосниками. Через переднее отверстие — поддувало — в печь поступает воздух, необходимый для поддержания горения топлива. Через него же выгребают золу. Через прозоры колосниковой решетки воздух проникает в топливник, а из топливника выпадает зола. Дно зольника делают на ряд ниже поддувальной дверки, чтобы не допустить самовысыпания золы на пол. Топливник располагают непосредственно над зольником, он имеет вид шахты с кирпичными стенками. В современных печах топливники имеют три отверстия: переднее, закрываемое топочной дверкой и служащее для загрузки топлива в топливник; нижнее в поду — перекрываемое колосниковой решеткой²; верхнее, расположенное в своде и называемое хайлом. Через хайло дымовые газы поступают в систему дымооборотов.

¹ Число этих рядов зависит от конструкции печи, а также от того, из какого материала сделано основание печи. ² В старинных печах с глухим подом это отверстие отсутствует.

Сажу и уносные частицы золы удаляют через прочистные отверстия— чистки, которые или закрывают дверками соответствующих размеров, или закладывают кирпичом. Сверху печь перекрывают несколькими рядами (не менее трех) сплошной кладки — перекрышей. Перекрышу устраивают с таким расчетом, чтобы перекрыть все вертикальные швы. Устройство топливников для всех видов топлива. Топливо бывает трех видов: газообразное, жидкое и твердое. В сельской местности для бытовых печей используют в основном дрова, каменный уголь, сланцы и т. д.

Рис. 1. Топливники для различных видов топлива а — дров; б — торфа; в — кагленного угля; г — антрацита

Топливник для дров (рис. 1, а) строят с таким расчетом, чтобы дрова при сгорании оседали на колосниковую решетку. С этой целью стенки топливника в нижней части выкладывают с откосом в сторону колосниковой решетки. Высота топливника зависит от конструкции печи и колеблется от 48 до 100 см. Размеры по ширине и длине также бывают различными, однако не рекомендуется делать топливники по ширине меньше 25 см (1 кирпич). Под топливника располагают ниже рамки топочной дверки на 1—2 ряда кладки для того, чтобы при открывании топочной дверки из топливника не выпадали угли. Торф представляет собой перегнившие и слежавшиеся остатки растений. В Белоруссии, Прибалтике и других областях, где организована промышленная добыча торфа, его используют в качестве топлива для бытовых печей. Торфяные брикеты, а также сухой резаный торф хорошо горит в топливниках для дров, хотя и требуют дополнительной шуровки во время тонки по причине высокой зольности торфа. Для торфяной крошки топливник делают с двумя колосниковыми решетками. Одна — горизонтальная в задней части пода, вторая — наклонная от топочной дверки к горизонтальной решетке. Торф разжигают на горизонтальной решетке. После того как первый слой хорошо разгорится, засыпают второй слой, который покрывает и наклонную решетку (рис. 1,б).

Из всех видов твердого топлива каменный уголь является наиболее высококалорийным. Каменные угли бывают малозольные и спекающиеся, зольные, бурые, антрациты и т. д. Для того чтобы разжечь каменный уголь, необходимо создать высокую температуру до 600 °С (для дров достаточно около 300 °С). Нормальное горение каменного угля проходит при поступлении кислорода в большом количестве. Это условие удовлетворяют за счет установки колосниковой решетки, по размерам равной поду топливника. Колосники должны быть усиленными, так как обычные решетки для дров быстро прогорают. Стенки топливника изнутри футеруют огнеупорным кирпичом (рис. 6, в). Каменный уголь можно сжигать и в топливнике для дров, но топливо в этом случае следует располагать только на колосниковой решетке.

В некоторых местностях в качестве топлива используют горючие сланцы. Топливник для сжигания сланцев такой же, как и для сжигания угля. Реже других разновидностей каменного угля на топливо используют антрацит. Топливник для него представляет неглубокую шахту, сужающуюся книзу, с выдвижной колосниковой решеткой для чистки ее от шлака во время топки (рис. 6, г). В безлесных районах Украины, удаленных от центров угледобывающей промышленности, на топливо идет солома, кизяк и т. д. Топливник для кизяка делают таким же, как и для торфа. Солома хорошо горит в любом топливнике, если ее сжигать небольшими порциями, свернутыми в жгуты.

Системы дымооборотов. Отопительные печи бывают с разными системами дымооборотов, назначение которых — удержать горячие газы, поступающие из топливника, в ограниченном пространстве с тем, чтобы они, двигаясь по каналам или камерам, отдавали тепло кирпичной кладке, иначе говоря, нагревали массив печи. Перегородки в дымооборотах называются рассечками. Рассечки имеют отверстия: верхние — перевалы, нижние — подвертки. Направление хода дыма внутри печи и расположение дымоходов образуют канальные, бесканальные и смешанные системы дымооборотов (рис. 2).

Рис. 2. Схемы дымооборотов: а — многооборотная; б — однооборотная с одним опускным каналом; в — однооборотная с тремя опускными каналами; г — бесканальная. Стрелками указано направление движения газов

В канальных системах дымовые газы отводят через многооборотные и однооборотные каналы. Дымовой канал многооборотной системы состоит из вертикальных или горизонтальных последовательно соединенных участков, первый из которых начинается от топливника, а последний переходит в дымовую трубу. Встречаются печи с комбинацией вертикальных и горизонтальных участков. Многооборотные системы имеют ряд недостатков, главными из которых являются: неравномерный прогрев печи; большое сопротивление движению дымовых газов, что вызывает необходимость создания усиленной тяги (высокой дымовой трубы); быстрое и обильное засорение сажей дымоходов и неудобство их чистки. Однооборотная система состоит из одного подъемного канала и одного или нескольких опускных, соединенных параллельно. В такой системе возникают значительно меньшие сопротивления движению дымовых газов и обеспечивается более равномерный прогрев (преимущественно верхний). Последнее обстоятельство — недостаток таких систем.

Печи с бесканальной системой дымооборотов не имеют дымовых каналов. Их заменяют камеры (колпаки), в которых дымовые газы движутся свободно, подчиняясь законам естественного движения газов (горячие — вверх, охлажденные — вниз). Газовое сопротивление в таких системах наименьшее, но печи такого типа имеют более сильный верхний прогрев. Для создания нижнего прогрева конструируют печи со смешанной системой дымооборотов, в которых дымовые газы из топливника направляются по каналу в нижнюю часть печи, а верхняя часть представляет собой однооборотную или бесканальную систему.

Поперечное сечение дымовых каналов, подверток, перевалов и хайла должно быть постоянным для данной печи и обеспечивать сво* бодный проход дымовых газов. Во избежание большой приколки кирпичей его выбирают кратным размеру кирпича (1 кирпич х1/2 кирпича, 1/2 кирпичахх1/2 кирпича). Сечение канала согласовывают с размерами топливника, т. е. с количеством одновременно сгораемого топлива. При малых размерах топливника и слишком большом сечении каналов печь не будет разогреваться до нужной степени, а, наоборот, при большом топливнике и недостаточном сечении каналов образуется затор дымовых газов, горение топлива будет происходить вяло, и дым через топочную дверку станет выходить в помещение.

Дымовая труба и ее назначение. Понятие о тяге

Все печи присоединяют к дымовым трубам. Назначение дымовой трубы — отвод из печи дымовых газов и обеспечение подсоса свежего воздуха в топливник для поддержания горения топлива. Движение газов во внутреннем устройстве печи происходит за счет разницы температур выходящих из трубы дымовых газов и наружного воздуха. Горячие газы с температурой свыше 100 °С устремляются вверх, на их месте в трубе образуется разрежение, которое тут же заполняется газами из дымовых каналов. Происходит движение газов от топливника к трубе, которое называется тягой. На пути движения дымовых газов встречаются сопротивления, создаваемые поворотами канала, встречным движением газов в опускных участках каналов, шероховатостями и выступами на внутренних поверхностях. Если дымовые газы успешно преодолевают все сопротивления, то печь работает нормально. Если сопротивления больше силы тяги или равны ей, то печь прекращает работу.

Частой причиной нарушения тяги являются неплотности в кладке печей, вызываемые слишком толстыми швами, засорение дымоходов и дымовой трубы остатками раствора, мелкой крошкой и т. п. Толщина швов при кладке печей не должна превышать 5 мм.

Силу тяги можно увеличить, повысив температуру отходящих газов или увеличив высоту трубы. Однако и то и другое можно делать до определенных размеров. Наилучший путь для создания нормативной тяги — уменьшение сопротивления в системе дымооборотов. Следовательно, дымообороты печи должны иметь наименьшую протяженность, наименьшее число поворотов, а внутренняя поверхность каналов быть гладкой без выступов. При этом температура отходящих в дымовую трубу газов должна быть не ниже 120 °С. При меньшей температуре происходит конденсация водяных паров на внутренних стенках трубы, вызывающая их размокание. При очень высокой температуре отходящих газов снижается КПД печи. Высота дымовой трубы в одноэтажных зданиях должны быть в пределах 5—6 м, считая от колосниковой решетки. Сочетание вышеуказанных качеств обязательно при создании современных конструкций отопительных печей.