Как подобрать печь

Прежде чем приступить к строительству печи надо изучить и понять некоторые правила, а так же провести подготовительную работу. Прежде всего, надо начертить планировку помещения с указанием места размещения печи. Печь должна отапливать все комнаты. Размещать печь надо так, что бы в каждую комнату выходила поверхность печи, восполняющая потери тепла в этой комнате, а мощность печи должна покрывать потери тепла всего помещения. Примыкания межкомнатных перегородок к печи выполняются через противопожарную кирпичную разделку только в местах размещения внутренних перегородок и углах печи. Планировка поможет правильно уложить балки перекрытия и стропила с необходимыми противопожарными разрывами вокруг печи и трубы. Если печь выкладывается в существующем здании, то при её размещении необходимо учитывать положение балок и стропил или существующее отверстие под трубу. На сайте можно подобрать необходимую печь. Если требуется вариант в зеркальном исполнении, то можно читать чертеж через зеркало, или преобразовать его с помощью компьютера. Сместить положение трубы можно так же через дымовую камеру, если позволяет высота помещения.

О теплоотдаче и мощности печей.

У многих печей не подсчитана общая теплоотдача и теплоотдача каждой стороны печи. Это объясняется отсутствием времени, так как вся работа выполняется одним человеком. При необходимости, эта работа может быть выполнена многими специалистами. Для приблизительных расчетов можно принять, что каждый квадратный метр поверхности печи отдает каждый час, в течение суток, 500 Вт-ч, при двух топках в сутки. Например: печь с размерами в плане 1х1 метр и высотой 2 метра дает с каждой стороны, каждый час в течение суток, по 1000 Вт-ч и общая среднечасовая теплоотдача будет равна 4000 Вт-ч, или 4 кВт-ч. То есть теплоотдача печи составляет в среднем каждый час в течение суток 4 кВт-ч, при двух топках в сутки. При одноразовой топке теплоотдачу печей можно принимать с К=0.6-0.7.
Расчётные потери теплоты в тепловом контуре должны компенсироваться тепловой мощностью печи, исходя из её топки два раза в сутки. Для Российских условий максимальная потребность в отопительной мощности возникает в течение короткого времени наиболее холодных пятидневок. Печь в этот период топится два раза в сутки, с максимальным КПД. Длительность времени, в течение которого требуется половинная мощность, примерно 1/3-1/4 отопительного периода. В это время печь топится один раз в сутки, с максимальным КПД. Большая часть времени и топлива приходится на работу печи с мощностью равной 1/4 от максимальной. В этот период осуществляется топка дровами или электричеством для поддержания температуры.

Сейчас у нас идут заказы на выполнение печей из различных стран, в том числе США, Канады, Франции, Германии, Голландии, Швеции, Испании и т.д. Часто спрашивают, почему у нас такая маленькая «мощность» печи. Например, тепловая вставка KEDDY 520 имеет мощность 14 кВт, а у нас печь, например 1х1х2 м имеет приблизительно 4 кВт. Выходит, что наша печь слабее KEDDY 520 в 3,5 раза? Это не правильное мнение.

Попробуем разобраться с этим вопросом. Во многих книгах этот вопрос толкуется по-разному, в том числе и за рубежом:

В книге Соснина Ю.П. и Бухаркина Е.Н., Стройиздат 1985 г, стр. 296, теплоотдача печей принимается 520-580 Вт/ м2, при 2-х топках в сутки (без всяких комментарий).

У Воропая П.И. Справочник печника, Москва, Стройиздат, 1985 г на стр.94 приводится среднесуточная теплоотдача печи, при двух топках (Вт) (Что видимо является опечаткой. Нужно читать среднечасовая теплоотдача печи).

У И.И. Ковалевского, Печные работы, Москва 1977 г, стр.13-14, говорится, что "За нормальную теплоотдачу печи принимают среднее количество тепла, которое выделяется печью в течении 1 часа при двух топках в сутки", без указания размерности тепла. Приводится так же средний коэффициент теплоотдачи ккал/ м2-час, (умноженному на час) то есть часовое тепловыделение.

У Школьника А.Е., Печное отопление малоэтажных зданий, Москва 1991 г на стр. 9, табл. 2, говорится о теплоотдаче Вт/м2, (Вт с квадратного метра) и не говорится, что это среднечасовая величина теплоотдачи в течение суток.

У И.И. Ковалевского речь идет о теплоотдаче, действующей в течение некоторого времени, а это уже энергия или среднечасовая теплоотдача, что правильно отражает способность печи выделять энергию в течение суток. Это и есть критерий оценки теплоотдачи печи (энергии) в России кВт-ч, МДж, ккал.

Соотношения между вышеперечисленными единицами измерения следующие:

1 кВт-ч=3,6 МДж=860 ккал; 1000 ккал = 1,163 кВт-ч; 1 МДж=0,278 кВт-ч=239 ккал.

1ккал=0,0012кВт-ч=0,0042МДж; 1кДж=0,239 ккал; 1 ккал=4,18 кДж.

Металлические тепловые кассеты и топки, выпускаемые на Западе - это отопители одноразовой закладки расчетной массы дров, используются в качестве второй вспомогательной системы, которую топят только в наиболее холодный период. Использовать такую кассету в качестве основной системы отопления, значит стать её рабом. Не совсем удобно вставать ночью и подкидывать дрова, а днем, когда человек находится на работе 10-12 часов (с дорогой) вопрос с отоплением не решается совсем. Её можно использовать только в местах временного пребывания людей, например в садовых домиках, рабочих помещениях и т.п. Сам по себе показатель мощности кассеты не может служить критерием оценки способности отопить ту или иную площадь. На мой взгляд, указание в паспорте кассеты на площадь, которую может отопить она, неправильна, это уловки продавцов. Тепловая энергия может быть получена только при работе кассеты, а размер площади, которую может отопить печь, зависит от теплопотерь помещения. На мой взгляд, в паспорте указывают установленную мощность (номинальную/макс.) в кВт, топки или тепловой вставки, не привязанной ко времени действия, и максимальная продолжительность горения одной закладки дров. То есть указывают теплопроизводительность топливника (Вт) Qт=В?Qд?Nт /3.6, это количество теплоты Qт, выделяемой при сжигании расчётной массы В дров в топочном объёме в течение 1 часа. Qд, теплота сгорания (кДж/кг), это количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг дров. Nт, это КПД.

Указывается так же возможность использования топки или тепловой вставки в режиме максимальной мощности и режиме тлеющего горения. Этим и объясняется показ двух мощностей. В этом случае не ясно как увязать среднечасовые потери тепла в течение суток со среднечасовым поступлением тепла от отопителя в течение суток.

Применительно к Российским методам подсчета теплоотдачи, наша печь, указанная выше, может обеспечить теплоотдачу за сутки, при двух разовой топке 24х4=96 кВт-ч. При этом не привязывается к количеству сожженного топлива и мощности горения. Это как бы усредненный показатель печи при правильной её конструкции и эксплуатации. В этом случае легко увязываются среднечасовая теплоотдача печи со среднечасовыми потерями тепла в течение суток.

Мощность в учебниках по физике определяется работой, выполненной за единицу времени в кВт. Размерность в кВт, объясняется из определения: «кВт, - это единица мощности, равная энергии, выделившейся за час», то есть это энергия, выделившаяся за 1 час работы отопителя в кВт-ч. Мощность - это способность системы выполнить работу в единицу времени. По указанной установленной мощности системы (кВт) ничего нельзя сказать о её теплопроизводительности, не сказав о времени её действия, отличного от единицы. Например, электрический отопитель имеет мощность 2 кВт. Это говорит о его способности выделить 2 кВт•ч тепловой энергии при работе его в течение часа. При работе в течение получаса, энергии выделится 1 кВт-час, а при работе 12 часов выделится 24 кВт-ч. В отличие от электрического, дровяной отопитель, это отопитель одноразовой закладки дров и он не может работать, например 24 часа, без подкладывания дров. Он отдает энергию, пока горит одноразовая закладка дров.

У К. Мякеля, Печи и камины, Москва, Стройиздат 1987 г, на стр.14 говорится о потребности в отопительной мощности жилого дома, полезной площади 100-120 кв. м., составляющей 3-4 кВт, которая должна равномерно воздействовать в течение длительного времени. То есть идет разговор о средней теплоотдаче печи в течение часа в кВт, которая должна действовать в течение времени отличного от единицы. Общая тепловая энергия зависит от мощности и времени (отличного от единицы) действия этой мощности (кВт умноженной на час).

Печи для бань являются печами повышенного прогрева и по своей сути имеют КПД значительно ниже отопительных печей. Их требуется топить длительное время с повышенным расходом дров для того, чтобы прогреть камни до высокой температуры, а так же чтобы успели прогреться конструкции бани до высокой температуры (баня должна созреть). Обычно начальная температура в помещении бани такая же, как на улице или ниже. По мере нагревания печи выравнивается температура её стенок и температура газовой среды внутри неё. То есть снижается теплопередача от газа к стенкам и, как следствие, повышается температура выходящих газов, что равнозначно снижению КПД печей. К печам повышенного прогрева можно отнести так же котлы. Практически бывает, что стенки банной печи прогреваются до температуры 160 оС, в этом случае теплоотдача 1 кв. м поверхности банной печи может превышать 1000 Вт-ч (точных данных нет). В печах повышенного прогрева возникает возможность использовать тепло отходящих газов посредством выполнения устройства в виде одно-двухъярусного колпака (например, в помещении над баней) или экономайзера, если это печь с котлом водяного отопления. В этом случае должен быть предусмотрен канал прямого хода с задвижкой, необходимый в начальной стадии работы, пока печь хорошо не прогреется. По этой же причине при увеличении времени топки любой печи падает её КПД. В двухколпаковых системах снижение КПД меньше, так как тепло отходящих газов воспринимает второй колпак.

Как читать чертежи наших печей. Конструирование печей выполняется в программе ArchiCAD 5.0. В библиотеку программы были выполнены и добавлены около 100 библиотечных элементов печных приборов, деталей печей, металлоконструкций и других элементов. Однако указанная «библиотека печных приборов» не может покрыть всю потребность в элементах из-за большого многообразия строящихся печей, и одинаковые элементы применяются в различных случаях. В результате в чертежах имеется некоторое несоответствие планов и разрезов. Например, некоторые библиотечные элементы, имеющие цвет красного кирпича, применяются в огнеупорной кладке. Обычно в этом случае на плане они штрихуются под огнеупорный кирпич, а в разрезе они имеют окраску красного кирпича. Первоначально не планировалось размещать чертежи для общего пользования. По этой причине, на чертежах так же имеются различия в обозначении одинаковых элементов. Кроме того, чертежи разрабатывались с большой сдвижкой во времени, достигающей несколько лет, в разных системных средах. По этой причине исправить даже небольшую деталь в чертеже не удается. Необходимо заново переделывать всю работу. Привести все чертежи печей в полное соответствие с единым стандартом моими силами не представляется возможным из-за отсутствия времени. Кроме этого, такое несоответствие планов и разрезов существенно не изменяет сути проекта.

Построение чертежей в выше указанной программе осуществлялось по сетке равной ширине кирпича со швом (кирпичи могут иметь различные размеры, а так же отличаться от ГОСТа России.). Дополнительно, каждая ячейка сетки разделена на четыре части. Все размеры в плане кирпичей или их частей, размеры отверстий, расстояний между стенками, размеры печных приборов и т.п. кратны 1/4 размера сетки (1/4 половины кирпича). На чертежах размеры читаются и принимаются по масштабу следующим образом: 1/8 кирпича, 1/4 (2/8 или четверть кирпича), 3/8 кирпича, 1/2 (4/8 или половина кирпича), 5/8 кирпича, 3/4 (6/8 или 0.75 кирпича), 7/8 кирпича, 1 (8/8 или 1 кирпич). Это дает возможность строить наши печи в различных странах, в которых размеры кирпичей отличаются от российских кирпичей в пределах 10-15 % в разные стороны.

Для Российских условий в чертежах размер кирпича условно принят по основной сетке 13х13 см размером 26х13 см со швом и высотой 7 см со швом (6.5 + 0.5). Вспомогательная сетка равна 3,25 см. Поэтому при раскладке кирпичей в печи фактический размер сторон печи будет чуть меньше.

При показе разреза печи в аксонометрии (3-D), в нем пропадают некоторые кирпичи, что связано с особенностями программы ArchiCAD 5.0. Каждый кирпич строится как стена с требуемыми размерами (кратно 1/4 половины кирпича) по сетке 13х13 см. Жирная линия на грани кирпича обозначают осевую линию в кирпичной стене. Эти жирные линии не должны касаться на чертеже концами друг друга, иначе на объемном изображении 3-D идут непредсказуемые искажения. Кроме того, если разрез по кирпичу направлен от жирной линии, то этот кирпич на разрезе становится не виден. Мне приходится очень изворачиваться, что бы устранить эти недостатки, что не всегда удается, и на что уходит много времени. К сожалению у меня нет возможности внести изменения в программу ArchiCAD 5.0 чтобы устранить эти недостатки. Это моя головная боль.

Кладка печи.

Для наружной кладки принят кирпич глиняный обыкновенный размером 250х120х65 мм, марки не ниже М150. Для внутренней огнеупорной кладки принят шамотный кирпич ШБ-8, размером 250х123х65 мм и Ш-5, размером 230х114х40 мм. Ширина шва наружной кладки 5 мм. Расход кирпича на печь (без фундамента и трубы) можно считать приблизительно так: считают количество кирпичей уложенных в первом ряду и умножают на количество рядов в печи, с коэффициентом заполнения, К=0.8. Такого количества кирпича хватает на печь с учетом боя и выбраковки. Дополнительно для трубы надо заказать кирпич из расчета 4/5/6 шт. в ряду с учетом высоты трубы. Огнеупорный кирпич можно посчитать поштучно по чертежам.

Высота ряда со швом толщиной 5 мм наружной кладки принята (и получается фактически) 70 мм или 7 см. При покупке шамотного кирпича необходимо обязательно просить на него сертификат, а при применении кирпича неясного происхождения нужно быть осторожным. Кислотостойкий кирпич трудно на вид отличить от шамотного кирпича, однако он совсем не держит высокую температуру и разрушается (при нагреве его уголка паяльной лампой он разрушается).

Некоторые печи выполнены полностью из глиняного кирпича. Чтобы повысить срок службы печи, кирпич надо брать марки М-150 и выше. Такую печь обычно делают в саду и эксплуатируют периодически. Вариантов печей, выполненных полностью из красного кирпича много. В глубинке России не знают, что такое огнеупорный кирпич и не применяют его. Огнеупорный кирпич имеет коэффициенты теплопроводности и линейного расширения больше, чем у глиняного кирпича. Применять его вместе с глиняным кирпичом нельзя, так как нарушается целостность кладки. Во многих книгах показано их совместное применение. Я считаю это не правильным, и мы этого, как правило, не делаем.