Виды и конструкции отопительных печей

Развитие и совершенствование отопительных печей

Печное отопление постоянно развивается и совершенствуется. Совершенствование отопительных печей идет в основном по трем направлениям, обусловленным требованиями наибольшей экономичности, приспособлением к новым видам топлива и устранением трудоемкости при сооружении. Требование наибольшей экономичности привело к введению в отопительные печи колосниковой решетки и поддувала, к изменениям в системе дымооборотов, созданию печей с преимущественным нижним прогревом и малогабаритных печей.

Открытие новых видов топлива, обладающих большей теплотой сгорания и более дешевых по сравнению с дровами, вызвало необходимость приспособления печей к этим видам топлива. Появились печи для каменного угля, торфа, природного газа и т. д. Однако при всех достоинствах усовершенствованных печей кладка их долгое время оставалась трудоемким процессом, отнимающим много времени, усилий и средств. С развитием строительной индустрии были созданы каркасные печи полуиндустриального типа, сооружение которых занимает 2—3 ч, и крупноблочные печи из керамических и бетонных блоков. Появились и сборные дымовые трубы, состоящие из бетонных блоков. Индустриализация печных работ позволила организовать массовое производство печных конструкций на заводах, а печные работы на строительной площадке свести к монтажу, который занимает немного времени и не требует приготовления растворов в больших количествах. Полностью отпала необходимость в отделочных работах, так как лицевой стороне печных блоков соответствующий вид придают ка заводе.

Классификация отопительных печей

Отопительные печи классифицируют по ряду признаков, из которых главными являются: характер движения газов, форма печи в плане, способ отвода дыма, толщина наружных стенок, основной материал, из которого сооружена печь. По характеру движения газов отопительные печи делят на печи с дымооборотами и колпаковые или бесканальные.

Печи с дымооборотами устроены так, что дымовые газы за счет силы тяги, создаваемой дымовой трубой, проходят через систему вертикальных и горизонтальных каналов, отдавая при этом им часть тепла. Отопительные печи с дымооборотами часто называют голландскими. Это название перешло к ним от старинной голландской печи, имевшей глухой под и шесть последовательно соединенных вертикальных дымовых каналов. «Голландки» до некоторой степени оправдывают себя, если общая протяженность каналов может обеспечить поглощение точно рассчитанного количества тепла. Сделать точный расчет длины каналов может только специалист, а у печников-самоучек бывают лишь случайные совпадения, когда длина каналов соответствует расчетной.

В основу конструкции колпаковых или бесканальных печей положен принцип свободного движения газов. Этот принцип нетрудно понять, проделав простой опыт: в стакан, перевернутый кверху дном, впустите струйку дыма от папиросы так, чтобы дым скользил по внутренней стенке. Дым, поднявшись до дна, опустится по противоположной стороне. Это явление объясняется изменением веса дыма. Вначале дым был горячим, а значит, более легким, чем воздух в стакане, — он стремился вверх. Отдав часть тепла стенкам стакана, дым стал тяжелее и под воздействием собственной силы тяжести опустился вниз. Подобную картину наблюдают в колпаковых печах: раскаленные газы из тоцливника устремляются в камеру (колпак), отдают тепло ее стенкам и, несколько охладившись, опускаются вниз, где по их пути встречается проход в другую камеру или дымовую трубу.

По форме в плане печи бывают прямоугольные, квадратные, круглые и треугольные. По способу отвода дума различают печи с дымоходом, проложенным в стене, и печи с коренными и насадными трубами. Печи с толщиной стенок 12 см и больше называются толстостенными, при толщине стенок 7 см и меньше — тонкостенными. По основному материалу печи подразделяются на кирпичные, из бетонных блоков, из керамических блоков и металлические.

Конструкции отопительных печей

Прямоугольные толстостенные печи

Толстостенные печи имеют наибольшее распространение. Среди части печников существует мнение, что увеличение размеров печи ведет и к увеличению отдаваемого ею тепла. Казалось бы, что массивные, толстостенные печи действительно должны иметь большую аккумулирующую способность. Это верно лишь в отношении накопления тепла. Что касается теплоотдачи, то она не всегда оправдывает затраты топлива на разогрев массива подобной печи. Особенно непрактичны печи с топливниками, скрытыми за системой дымооборотов, т. е. такие печи, у которых стенки топливника не являются наружными стенками печи. При таком устройстве внутренние части разогреваются значительно сильнее наружных стенок; после закрытия вьюшки передача тепла фактически прекращается, так как воздух в дымооборотах, расположенных вокруг топливника, с остановкой циркуляции становится теплоизоляционным материалом. Накопленное центральной частью печи тепло уходит в атмосферу в начальный период последующей топки.

Малогабаритные печи, со стенками в половину и четверть кирпича разогреваются сравнительно небольшим количеством топлива и все накопленное тепло отдают в помещение. КПД у таких печей выше, чем у массивных. Продолжительность топки малогабаритной печи 30—40 мин, а массивной 1,5—2 ч. Естественно, что чем дольше топится печь, тем больше тепла уходит в трубу с отходящими газами. Хорошими эксплуатационными данными обладают описанные ниже отопительные печи — прямоугольная и Т-образная. Обе печи просты по устройству, для кладки их требуется сравнительно небольшое количество материалов. Отопительная печь прямоугольная (рис. 1)¹ представляет собой несколько измененную конструкцию печи О—2 Гидроавиапрома: вертикальные каналы разделены на два яруса.

¹ Режущие плоскости по А—А и Б—Б указаны на рис. 2.

Рис. 1. Отопительная печь прямоугольная

Рис. 2, а. Отопительная печь прямоугольная. Ряды 17-32; б. Ряды 33-35.

Размер печи в плане 51х89 см. Высота 238 см. В печи можно сжигать любое твердое топливо. Топливник расположен в нижней части печи, и его стенки являются одновременно стенками печи, что обеспечивает преимущественно нижний прогрев. Дымовые газы из топливника поступают в вертикальный канал, отразившись от перекрытия, опускаются до перекрыши топливника и затем поднимаются во второй ярус оборотов, пройдя которые, уходят в дымовую трубу.

Для кладки печи требуется:

Кладку печи по рядам (см. рис. 2) ведут следующим образом.

• 1-й ряд¹. В передней части кирпичи выкладывают тычками, причем угловые скалываются до размеров 3Д кирпича, а верхние грани двух средних стесывают, образуя откос внутрь кладки ко дну зольника. Этот откос показан на разрезе по А—А. В задней части ряда пространство между наружной стенкой печи и задней стенкой зольника засыпают сухим песком. Засыпку производят до 3-го ряда включительно.

¹ Здесь и в дальнейшем под 1-м рядом подразумевается 1-й ряд от уровня чистого пола, а не от поверхности фундамента.

• 2-й ряд. По центру передней стенки ставят поддувальную дверку. Угловые кирпичи справа и слева от нее—«трехчетверки»², остальная кладка из полномерных кирпичей.

² «Трехчетверка» — на профессиональном языке печников и каменщиков— кирпич сколотый до размеров 3/4 от полномерного. Соответственно: «половинка» — 1/2 полномерного, а «четверка» — 1/4 полномерного кирпича.

• 3-й ряд. После укладки всех кирпичей этого ряда над передней частью зольника кладут стальную полоску длиной 35 см, шириной 4 см, которая является опорой для кирпича, перекрывающего часть зольника на следующем ряду.
• 4-й ряд. Перекрывают переднюю часть зольника. В задней части ряда песчаную засыпку закладывают кирпичом.
• 5-й ряд. На отверстие над зольником кладут колосниковую решетку. Кирпичи впереди и сзади ее стесаны, образуя откосы для скатывания углей на колосниковую решетку.
• 6-й ряд. По центру передней стенки ставят топочную дверку. Кирпичи задней стенки стесаны откосом внутрь и образуют с кирпичами предыдущего ряда одну наклонную плоскость.
• 7, 8, 9, 10, 11 и 12-й ряд. Кладка топливника.
• 13-й ряд. Кладка выпусков для перекрытия топливника. Переднею часть и часть боковых стекок выкладывают из «трехчетверок».
• 14-й и 15-й ряд. Перекрытие над топливником. В задней части оставляют отверстие, соединяющее топливник с вертикальным каналом, — хайло.
• 16-й ряд. Ставят прочистную дверку. Сзади ее блокируют «половинкой», уложенной на ребро. Полку за дверкой покрывают слоем глиноцемеитного раствора для полной изоляции топливника от расположенных выше дымовых каналов.
• 17, 18, 19 и 20-й ряд. Кладка вертикальных дымовых каналов.
• 21-й и 22-й ряд. Соединяют подъемный дымовой канал, идущий от топливника, с опускным каналом. Здесь газы из топливника переливаются через рассечку, разделяющую каналы; в средний опускной канал, по которому доходят до 18-го ряда, и через подвертку попадают в передний подъемный канал.
• 23-й и 24-й ряд. Перекрывают средний и задний каналы.
• 25-й и 26-й ряд. Ставят прочистную дверку у основания дымовой трубы, в результате чего образуется подвертка от среднего канала второго яруса к дымовой трубе.
• 27, 28, 29 и 30-й ряд. Кладка дымовых каналов второго яруса, из которых задний является началом дымовой трубы. На 28-м ряду ставят первую вьюшечную задвижку. На 30-м ряду завершают второй цикл оборотов. Здесь дымовые газы из переднего подъемного канала переходят в средний опускной канал и, опустившись по нему до подвертки, на 26-м ряду поступают в дымовую трубу.
• 31-й ряд. Кладут выпуски для перекрыши печи.
• 32, 33 и 34-й ряд. Перекрыта печи. Кирпичи кладут так, чтобы были перекрыты все вертикальные швы первого ряда перекрыши. На 32-м ряду ставят вторую вьюшечную задвижку. Установка двух вьюшечных задвижек уменьшает теплопотери печи. При отсутствии задвижек на 32-м ряду ставят круглую вьюшку.
• 35-й ряд и последующие. Кладка дымовой трубы с каналом 13х13.

Отопительная печь прямоугольная, увеличенной теплоотдачи. Для отопления больших помещений (сельских школ, клубов, больниц и т. д.) рекомендуется ставить прямоугольные отопительные печи увеличенной теплоотдачи. Печь, как и вышеописанная, проста, по устройству. Представление о ее конструктивных особенностях дает рис. 3, на котором изображены фасад и вертикальный разрез печи.

Рис. 3. Отопительная печь прямоугольная увеличенной теплоотдаxи

Устройство топливника такое же, как и у печи 0-2 Гипроавиапрома. В нем можно сжигать любое твердое топливо. Дымовые газы из топливника подымаются по вертикальному каналу, но не доходят до перекрыши печи, а, отразившись от промежуточного перекрытия, опускаются до низа печи, где через подвертку попадают в задний подъемный канал, по которому поднимаются до перекрыши печи. Пройдя затем ряд последовательных оборотов, газы уходят в дымовую трубу. Печь имеет нижний прогрев. Благодаря большой площади прогревающихся наружных стенок теплоотдача печи при двух топках в сутки составляет 6400 Вт.

Дымовые задвижки ставят на 32-м и 36-м рядах. На чертеже вторая задвижка не показана. Стечение канала дымовой трубы выше горизонтальной разделки (13х13 см). Для кладки печи требуется:

Т-образная отопительная печь (рис. 4). Печь удобна для расположения в перегородках и предназначена для отопления больших помещений. Топливник предназначен для сжигания любого вида твердого топлива. Он расположен так, что его стенки являются и стенками печи. Из топливника дымовые газы через хайло поступают в заднюю камеру. Отдав часть тепла стенкам и отразившись от перекрытия камеры, газы опускаются вниз и попадают в подъемные каналы, соединяющие заднюю камеру с верхней. Еще более охладившись от соприкосновения со стенками печи, дымовые газы опускаются в каналы, соединяющие верхнюю камеру с дымовой трубой.

Для кладки печи требуется:

Рис. 4. Отопительная печь Т-образная. Общий вид

Кладку печи ведут в следующем порядке (см. рис. 5).

Рис. 5. Отопительная печь Т-образная

• 1-й ряд. В передней части образуется дно зольника. Кирпич, лежащий в поддувальной дверке, скошен.
• 2-й ряд. Ставят поддувальную дверку. В задней части образуется канал, который с одной стороны закрывают глухой стенкой, с другой — прочистной дверкой.
• 3-й ряд. Кирпичи в передней выступающей части выкладывают с таким расчетом, чтобы при кладке следующего ряда соблюдалась перевязка вертикальных швов.
• 4-й ряд. Стены зольниковой камеры в этом ряду толщиной 18 см. Увеличение толщины стенок необходимо для того, чтобы после укладки колосниковой решетки между ее краями и стенками топливника не было щелей. В задней части начинаются рассечки, отделяющие подъемные вертикальные каналы.
• 5-й ряд. Укладывают колосниковую решетку.
• 6, 7, 8 и 9-й ряд. В передней части выкладывают топливник размером в плане 26x51 см. На 8 и 9-м рядах топливник соединяют е жаровой камерой.
• 10-й ряд. Перекрытие над топочной дверкой.
• 11, 12 и 13-й ряд. Устройство перекрытия топливника на выпусках. В задней части продолжение кладки жаровой камеры и подъемных каналов.
• 14-й ряд. Со стороны фасада ставят прочистную дверку. В передней части образуется верхняя камера. Опорный столбик размером 1/2х1/2 кирпича разделяет ее на собственно камеру, соединительные каналы и основание дымовой трубы.
• 15, 16, 17-й ряд. Кладка этих рядов отличается от кладки предыдущего только расположением кирпичей для перевязки вертикальных швов.
• 18, 19, 20, 21-й ряд. Через опорный столбик прокладывают основание рассечки между верхней камерой и дымовой трубой. В остальном кладка одинакова с предыдущими рядами.
• 22 и 23-й ряд. Перекрывают нижнюю жаровую камеру.
• 24, 25-й ряд. Вертикальные подъемные каналы посредством горизонтального канала соединяют с верхней камерой. Ставят прочистную дверку для чистки горизонтального канала.
• 26, 27, 28, 29-й ряд. Устройство перекрыши. На 28-м ряду ставят вьюшечную задвижку. Начиная с 30-го ряда, кладут дымовую трубу с внутренним каналом 25х13 см.

Печи МВМС повышенного прогрева

Каркасные печи МВМС повышенного прогрева отличаются от других печей небольшими размерами, хотя по теплоотдаче не уступают некоторым массивным печам.

Печь МВМС-61 (см. рис. 6). Размер печи в плане 40X40 см, высота 146 см. Каркас печи изготовляется из стального уголка 25х25хЗ мм. Основанием служит лист кровельной стали, по которому стелится слой войлока, смоченного в глине.

Рис. 6. Печь МВМС-61. Фасад и вертикальные разрезы. Ряды

В топливнике печи можно сжигать любое твердое топливо: дрова, каменный уголь, торф. Дымовые газы из топливника поднимаются по переднему каналу до перекрыши, затем по заднему каналу опускаются до уровня патрубка, соединяющего печь с дымовой трубой. Стенки и перекрытие топливника выкладывают из огнеупорного или отборного красного кирпича. Для кладки печи требуется:

Печь МВМС-61 присоединяют к дымоходу в стене или к коренной трубе. Присоединение может быть с любой стороны печи, кроме передней. Печь устанавливают в такой последовательности: каркас печи при несгораемых полах ставят непосредственно на пол. При деревянных полах под печь стелят асбест или войлок, смоченный в глине, а по нему прибивают лист кровельной стали размером больше, чем печь в плане на 10 см во все стороны. Каркас ставят строго по отвесу. На уголки, приваренные в нижней части каркаса, укладывают основание (войлок, листовая сталь), по основанию выкладывают первый ряд. Во втором ряду оставляют пространство для выдвижной зольниковой коробки, которую изготовляют из листовой стали. Последующую кладку ведут по чертежу. Для большей наглядности план каждого ряда дополнен его рельефным изображением.

Печь МВМС-63 отличается от вышеописанной несколько большими размерами и внутренним устройством (см. рис. 7). Размер печи в плане 52х52 см, высота 155 см. Подъем газов из топливника осуществляется по каналу в центре печи, опускание — по кольцевому пространству у стенок.

Рис. 7. Печь МВМС-63 усиленного прогрева

Для кладки печи требуется:

Печь МВМС-63 присоединяют к коренной трубе или дымоходу в стене. Печь устанавливают так же, как и печи МВМС-61.

Круглые печи в стальных футлярах

Существует несколько конструкций отопительных печей, которые в плане имеют круглую форму. Почти все они окожухованные, т. е. заключаются в футляр из листовой стали. Исключение представляет сборно-блочная печь конструкции Промстройпроекта в Ростове-на-Дону.

Печь конструкции В. Е. Грум-Гржимайло (рис. 8) создана на принципе свободного движения газов. Топливник расположен в нижней части печи. Дымовые газы из топливника через хайло в середине перекрытия поступают в камеру (колпак). Отдав часть тепла перекрыше печи и стенкам камеры, газы, охладившись и, следовательно, став тяжелее, под воздействием собственной силы тяжести опускаются по пространству у стенок печи в горизонтальный подковообразный дымовой канал, который присоединяется к дымовой трубе.

Рис. 8. Печь конструкции В. Е. Грум-Гржимайло

Печь хорошо удерживает тепло и не охлаждается даже в том случае, если не прикрыта вьюшечная задвижка. Холодный воздух, поступающий в печь топки через топочную и поддувальную дверки, как более тяжелый, чем тот, что находится в колпаке, удерживается в нижней части печи, не охлаждая ее. Такое свойство печи называется «газовой вьюшкой». Теплоотдача печи начинается вскоре после растопки, печь имеет высокий коэффициент полезного действия. Недостатки печи: верх печи прогревается сильнее низа, контрфорсы (щели в стенках камеры) довольно быстро засоряются сажей. Наиболее экономически выгодными являются описанные ниже круглая печь в металлическом футляре и круглая печь с винтообразными дымооборотами.

Отопительная кирпичная печь круглая в металлическом футляре (см. рис. 9). Диаметр 65 см, высота 229 см. Топливник предназначен для сжигания любого твердого топлива. Печь присоединяется к коренной трубе или к дымоходу в стене.

Рис. 9. Круглая печь в металлическом футляре

Для кладки печи требуется:

Круглая печь в металлическом футляре с винтообразными дымооборотами (см. рис. 10). Диаметр основания 100 см, диаметр теплоотдающей части 70 см, высота 209 см. На изготовление одной царги кожуха расходуются два стандартных листа стали 710x1420 мм.

Рис. 10. Круглая печь с винтообразными дымооборотами

Зольная камера расположена в основании печи. Стены топливника являются одновременно и стенками печи, поэтому печь сильнее прогревается в нижней части, чем в верхней. Дымовые газы из топливника поступают в первый кольцевой канал. Совершая кругообразный путь, тепловой поток непрерывно ударяет в стенки печи, быстро разогревая их. Затем газы по центральному каналу переходят во второй кольцевой канал и таким же путем — в третий, из которого уходят в дымовую трубу, расположенную на массиве печи. Теплоотдача начинается через 20 мин после растопки. Печь хорошо зарекомендовала себя в условиях Крайнего Севера.

Для кладки печи требуется: Компонент Количество Кирпич 480 шт. В том числе огнеупорный 60 шт. Колосниковые решетки 18x25 см 2 шт. Топочная дверка 28x27 см 1 шт. Поддувальная дверка 27x14 см 1 шт. Прочистные дверки 14x13 см 3 шт. Вьюшечная задвижка 13x13 см 1 шт. Сталь кровельная 710x1420 мм 6 листов Предтопочный лист 50x70 см 1 шт. Глина 0,2 м³ Песок 0,2 м³ Глина огнеупорная 12 кг Цемент (для оштукатуривания основания) 5 кг Толь (для гидроизоляции), диаметр 100 см 2 листа

Особенности кладки печи состоят в следующем. Первые четыре ряда не окожухованы. Крайние по периметру кирпичи отесывают накругло. Тщательную притеску делать не следует— цилиндрическая форма основания достигается при оштукатуривании глиноцементным раствором состава: 1 ч. глины+1 ч цемента+6 ч. песка. Строительство печи начинают с определения ее центра на фундаменте. Затем при помощи гвоздя, шнура и мелка описывают круг радиусом 50 см. Внутри круга кладут 1-й ряд кирпичей. При кладке последующих трех рядов основания ставят поддувальную дверку, выкладывают зольник, на 4-м ряду кладут колосниковые решетки. Этот ряд выкладывают по уровню, потому что на него опирается царга кожуха.

На основание ставят первую царгу с прикрепленной к ней топочной дверкой. Если установка сделана правильно (центры царги и основания совпали), то выступающая из-под царги часть основания образует ровный поясок шириной 5 см. Царга должна стоять строго вертикально. Царгу выверяют отвесом не менее чем с четырех позиций после укладки для устойчивости ряда кирпичей внутри царги. Поскольку кирпичи имеют прямоугольную форму, а кладут их по кругу, в стыках между ними образуются пустоты. Их заполняют мелкой кирпичной щебенкой в смеси с глиняным раствором. Пространство между гранью кирпича, примыкающей к кожуху, и кожухом, имеющее в плане форму сегмента, заливают глиняным раствором. Нужно помнить, что наличие воздушных карманов между кладкой и кожухом снижает теплопроводность стенок печи. Очередную царгу кожуха ставят, когда нижняя заполнена кладкой. Установку ее обязательно выверяют отвесом.

Кладка стенок центрального канала производится из кирпичей, отесанных на клин. Ряды 14, 15 и 17-й по своему строению не отличаются от рядов 8, 9 и 10-го, но смещены по отношению к ним на 135° (3/в круга) против часовой стрелки. Сечение канала дымовой трубы 13x13 см.

Кладка круглой печи с винтообразными дымооборотами — довольно сложное дело. Вести ее следует строго придерживаясь чертежа, с особой тщательностью производя приколку кирпичей. Однако эти дополнительные затраты труда с лихвой окупаются тем экономическим эффектом, который дает печь в эксплуатации.

Отопительные пени старых конструкций

Печи устаревших конструкций в настоящее время не рекомендуют к строительству. Однако печник должен знать их устройство, так как бывает необходимость ремонтировать и переделывать такие печи. К тому же, зная недостатки устаревших конструкций, легче понять пути и способы усовершенствования печей. На рис. 11 показано устройство голландской печи, которая в прошлом имела наибольшее распространение. Нижнюю часть печи занимает топливник. У него глухой под (без колосниковой решетки) и толстые (в 1 кирпич) стенки. Над топливником — шесть вертикальных каналов,соединенных последовательно. Шестой канал посредством патрубка соединен с дымовой трубой.

Рис. 11. Устройство голландской печи

Воздух в топливник поступает через топочную дверку, поэтому дрова сзади горят плохо. Для увеличения тяги необходима высокая дымовая труба. Дымовые газы через хайло поступают в первый канал и последовательно проходят через все каналы. Естественно, что в местах, где проходят первые каналы, печь разогревается больше. Неравномерный прогрев приводит к растрескиванию кладки. Для предохранения от поврежденного разрушения печь скрепляли проволокой, обтягивали марлей, мешковиной и т. п. Также устаревшей конструкцией отопительной печи является печь системы Утермарка. Печь эта в плане круглая, заключена в стальной футляр. Система дымооборотов последовательная, многооборотная. Топливник с глухим подом (рис. 12). Печь имеет те же недостатки, что и голландская.

Рис. 12. Отопительная печь системы Утермарка

Встречаются несколько усовершенствованные утермарковские печи, в которые введены поддувала и колосниковые решетки, что улучшило процесс горения топлива и увеличило теплоотдачу. В некоторых вариантах утермарковская печь не присоединяется к стенному дымоходу или коренной трубе, а имеет насадную трубу. В этом случае число вертикальных каналов — нечетное.

Среди разнообразия конструкций, создаваемых самими печниками, встречаются отопительные печи с вертикальными и горизонтальными каналами, с так называемыми тепловыми карманами, жаровыми стенками и т. п. Число вертикальных каналов в некоторых печах доводится до 7 и даже до 9. При последовательном соединении каналов это лишь умножает недостатки, присущие голландским печам. Такие печи имеют очень большие размеры, и на сооружение их расходуется большое количество материалов. Время топки массивных печей удлиняется и достигает 3—4 ч. За это время большое количество тепла уходит в атмосферу, так как чем дольше топят печь, тем выше температура отходящих газов. Это обстоятельство снижает коэффициент полезного действия подобных печей.

Ремонт и переделка отопительных печей, сконструированных печ-никами-самоучками, — затруднительное дело даже для опытного печника, потому что их внутреннее устройство не соответствует никаким чертежам и описаниям. Разумеется, что заниматься рационализаторской работой в печном деле нужно. Но всякое рационализаторское предложение должно вводиться в конструкцию печи после тщательной проверки на техническое соответствие и экономичность.