Как работает печь

Это очень важный раздел, ведь для того чтобы выбрать, какую печь строить, нужно:

• решить, чего ты от нее хочешь;
• представлять, как она работает.

Мы уже знаем, что любая печь состоит из топки, устройства для отбора тепла (дымохода) и трубы. (О приспособлениях для готовки пока из соображений простоты говорить не будем.)

1. Топка. Это, безусловно, сердце печи. Она представляет собой камеру, где сгорает топливо (рис. 6).

Рис. 6. Топка для дров:
1 — поддувало; 2 — топка; 3 — свод

Дно этой камеры (под) имеет отверстие, закрытое прутьями-колосниками (обычно из чугуна). Колосники, вернее щели (или просветы) между ними, нужны для того чтобы:

• свежий воздух мог поступать к месту горения;
• зола могла ссыпаться из топки вниз.

Для загрузки дров, угля или другого топлива служит топочная дверца в передней или боковой стенке печки. Замыкают объем топки стенки и свод. Камера под топкой называется поддувало. Как ясно из названия, она нужна для поддува воздуха в топку (через колосники). Кроме того, поддувало служит зольником. Зола, образующаяся при горении топлива, через колосники попадает на дно поддувала, откуда ее можно удалить через поддувальную дверцу. Как уже было сказано, для горения топлива необходима тяга, то есть постоянный приток свежего воздуха и отток дыма. Это движение обеспечивается благодаря тому, что горячий воздух, как известно, легче холодного и потому сам поднимается вверх.

Самотяга — это замечательное свойство печи. Благодаря ей не нужен насос или вентилятор, чтобы подавать в зону горения кислород (воздух) и удалять продукты сгорания топлива. Тяга обеспечивается высотой трубы: чем выше труба, тем сильнее тяга. Почему так получается? Представьте себе, что вместо дверцы поддувала установлена гибкая пленка. Изнутри на нее давит столб горячего воздуха высотой до верхнего среза трубы. Плотность воздуха зависит от температуры. При комнатной температуре кубометр воздуха весит 1,2 кг. От зоны горения до выхода из трубы температура падает от 600 до 110—120°С. Если принять среднюю температуру горячего воздуха за 140°С, то его кубометр весит примерно 1,1 кг (в действительности — еще меньше).

Если внутренний объем дымовой трубы и печи равен одному кубометру, то на нашу гибкую перегородку изнутри давит горячий воздух с силой 1,1 кг, а снаружи, из комнаты, — холодный с силой 1,2 кг. Разница составляет 0,1 кг. Это и есть то давление, которое гонит воздух из комнаты в печь и обеспечивает самотягу.

При сгорании 1 кг топлива реальная печь потребляет до 10 м3 воздуха. Это, кстати, обеспечивает отличную вентиляцию помещения. Следует помнить, что обычно печь сконструирована так, чтобы, когда она прогреется и установится рабочий режим, обеспечить наилучшие параметры: хорошая тяга, полное сгорание топлива, экономичная работа печи (эффективное использование тепла). Однако в начале работы печи, при растопке, печь может работать неэффективно: тяга плохая, так как дымовые каналы заполнены холодной воздушной массой; может произойти опрокидывание газовой струи; дым валит из печки в комнату.

Требования к устройству каналов печи при растопке и при установившемся режиме в известной мере противоречат друг другу. Об этом надо помнить, выбирая тип печи. Проблема решается либо специальным устройством печи, либо дополнительными задвижками, которые позволяют при растопке направлять движение дыма другим путем, обеспечивающим быстрое установление тяги; когда печь прогреется, задвижки переводят в положение, обеспечивающее наилучшую работу печи в рабочем режиме. Для выхода дыма в топочной камере, своде или стенке имеется хайло (или прогар), которое ведет в ту часть печи, где накапливается тепло. Хотя, конечно, стенки печки тоже его накапливают и потом медленно отдают. Конструкция топки зависит от вида топлива. Как правило, мы описываем здесь печи, рассчитанные на топку дровами, но в ряде конструкций отопительных печей приводим варианты топок и порядовки к ним для других видов топлива: торфа, угля.

2. Дымоход. Иначе его называют дымооборот. Когда дымооборот не является частью печи, он называется тепловым щитком. В любом случае дымооборот — это система каналов внутри кирпичной кладки. Проходя по этим каналам, дым нагревает их. Конструкция дымохода зависит и от того, сколько тепла приносит с собой дым, и от того, какую его часть надо поглотить, прежде чем оно «вылетит в трубу» (вообще-то кавычки тут не нужны).

Простейший (малооборотный) дымоход — с двумя поворотами: участок прямого хода, обратного и снова прямого, который по сути уже труба. Поворот из подъемного канала в опускной называют перевалом, из опускного в подъемный — подверткой. Для увеличения поверхности теплосъема опускной участок иногда выполняют из нескольких параллельных каналов. Более сложный дымоход — со многими поворотами (многооборотный). Дымоход — очень важный элемент печи. Хороший дымоход должен обладать:

• необходимой нагреваемой поверхностью. Если она мала, вы будете отапливать улицу, а не помещение; если велика — слишком холодный дым будет выделять конденсат (черную жидкость с неприятным запахом, разрушающую кладку трубы и дымохода);
• оптимальным поперечным сечением каналов. Если сечение велико, то скорость дыма мала, а значит, понадобится чересчур большая поверхность дымохода, чтобы успеть отнять у дыма тепло. Если же сечение слишком мало, тогда уменьшится тяга, а значит, и дым не будет весь уноситься в трубу, и приток воздуха в топку будет недостаточен, то есть кислорода не хватит для поддерживания горения, так что в результате вам достанется мало тепла, но в избытке дыма и угарного газа. Да и сажа будет быстро скапливаться в дымоходе;
• по возможности сглаженными и стесанными острыми кромками на поворотах (кстати, повороты, то есть перевалы и подвертки должны иметь сечение площадью в 2 раза больше сечения основного канала); гладкой поверхностью кладки — как за счет применения отборного кирпича с поверхностью без трещин, так и за счет тщательной, без уступов, кладки и аккуратно заглаженных швов (особенно это относится к верхней части, перекрыше горизонтальных участков — ведь именно по верхней части сечения канала скользит дым, и любые неровности, подтеки раствора, трещины приводят к скоплению сажи);
• герметичностью (отсутствием щелей);
• конструкцией, обеспечивающей удобство чистки сажи и регулировку тяги (дверцы, называемые чистками, и задвижки или вьюшки).

Рис. 7. Многооборотный дымоход:
а — с вертикальными и б — с горизонтальными каналами

Рис. 8. Однооборотные дымоходы:
а — с одним опускным каналом: б — с несколькими опускными каналами; в — с нижним прогревом

Остановимся подробнее на сравнительных свойствах разных типов дымохода. Многооборотные дымоходы (рис. 7). Их достоинство — хорошая тяга. Недостатки — высокие требования к качеству: гладкости каналов, плавности поворотов; склонность к отложению сажи; трудность очистки; большой вес. В современном печном деле не используются.

Однооборотные дымоходы (рис. 8). Обычно они имеют один восходящий канал и несколько параллельных нисходящих (столько, сколько нужно для того, чтобы отобрать у дыма почти все тепло, однако не охладить его слишком сильно — на выходе дымовой трубы он должен сохранять температуру 110— 120°С). Почему основной теплоотбор осуществляется именно на нисходящих каналах? Нагретый воздух, как мы говорили, стремится подняться вверх, а в этих каналах ему приходится, наоборот, опускаться: такое движение, «против шерсти», получается завихренным (турбулентным), как бы взъерошенным; при этом улучшается обмен теплом между газом и кладкой. Устанавливается оптимальный режим тяги и равномерный прогрев каналов. Недостатком такого дымохода является плохой режим растопки — как мы уже говорили, это свойство большинства дымоходов.

Рис. 9. Бесканальный дымоход

Бесканальный (колпаковый) дымоход (рис. 9) лишен недостатков, свойственных традиционным дымоходам. Здесь дымооборот совершается внутри замкнутой камеры (колпака). В отверстие в дне камеры поступают горячие газы из хайла топки, поднимаются к своду колпака и по более холодным стенкам опускаются вниз: далее через боковое отверстие уходят в дымовую трубу. Эта конструкция обладает всеми достоинствами однооборотного дымохода с параллельными опускными канатами, но лишена ее недостатков: в период растопки дым сразу из входного отверстия уходит в выходное, столб холодного воздуха не запирает его. Проблема здесь в другом. Подъем дыма происходит в «канале» без стенок: подъемная струя окружена опускной; поэтому свод колпака (перекрыша) воспринимает первый тепловой удар, сопряженный с поворотом (перевалом). Свод сильно греется, на нем выделяется много сажи. Если же поставить по оси камеры подъемную трубу, которая воспримет часть тепла, мы возвратимся к однооборотной системе с ее недостатками.

Решение этой проблемы существует. Центральная подъемная труба должна быть не герметичной («дырявой»). Например, ее можно выполнить из кирпичей, сложенных на ребро «колодцем». Бесканальный дымоход создает хорошую тягу как при растопке, так и при прогретой печи. Он позволяет обойтись короткой дымовой трубой. Правда, не насадной, а коренной: ведь выпуск дыма происходит у основания колпака.

3. Труба. Название этого устройства говорит само за себя (рис. 10). Труба нужна, чтобы удалить из дома, точнее — из дымохода, продукты горения, а именно достаточно горячий воздух с частичками сажи. Тяга в печи зависит от высоты трубы. Дым на выходе трубы должен быть горячее 100°С, чтобы из него, как уже говорилось, не выделялся конденсат; поэтому стенки трубы должны быть достаточно толстыми, чтобы дым не успел охладиться.

Рис. 10. Дымовая труба

К внутренней поверхности трубы предъявляются те же требования, что и к поверхности каналов дымохода: она должна быть гладкой, без трещин и щелей. Нельзя выравнивать внутреннюю поверхность трубы глиняным раствором: у него плохая теплопроводность, температура поверхности может упасть ниже точки образования конденсата. Конструктивно трубы бывают насадными и коренными (в каменных домах дымовой канал обычно расположен внутри стен). Насадные трубы устанавливаются на печи (насаживаются), коренные покоятся на собственном фундаменте (и могут обслуживать несколько печей).

Трубу можно класть из кирпича либо изготавливать из асбоцементной трубы, но в последнем случае снаружи ее надо утеплять, чтобы не выстудить дым и не допустить образования конденсата. Сечение дымового канала для небольших печей (мощностью до 3 кВт) должно быть «в пол кирпича» (13 х 13), для печей с большей теплоотдачей — «в кирпич» (13 х 26 см). Заниженное сечение канала не обеспечит полноценного горения топлива, при слишком большом канале печь плохо растапливается.

Важные элементы трубы — место прохождения через перекрытие (потолок) и верхний срез. При прохождении горячей зоны трубы через деревянное перекрытие следует предусмотреть промежуточную теплозащитную зону. Один из способов — использовать утолщенную кирпичную кладку трубы на этом участке, другой — сделать проем в перекрытии с запасом и заделать образовавшуюся щель теплостойким материалом.

При устройстве верхушки трубы следует исключить возможность возникновения противотяги из-за нежелательного направления ветра, а также возможность попадания в трубу дождя. Существует множество конструкций защитного колпака, изготовляемого обычно из оцинкованного железа. Верхушка трубы должна возвышаться над коньком крыши хотя бы на 0,5 м. Если труба отстоит от конька на 1—2 м, то ее верхушка может быть вровень с коньком. Если труба отстоит от конька еще дальше, ее верхушка может быть и ниже конька: при трех метрах на 30 см, при четырех — на 40 см и т. д.

Рис. 11. Кладка распушки и выдры. Размеры в см

На рис. 11 показано, как выкладывать наиболее сложные элементы трубы, распушку и выдру, для наиболее употребительных сечений трубы — в кирпич (кладку ряда стояка образуют 5 кирпичей) и в два кирпича (кладку ряда стояка образуют 6 кирпичей). По аналогии можно сложить эти элементы и для труб другого сечения.

При кладке распушки каждый следующий ряд кладут со свесом на 3 см в каждую сторону, то есть каждый следующий ряд имеет наружные размеры на полкирпича больше, чем предыдущий. За счет этого свеса с внутренней стороны кладки образуются уступы, которые нужно заложить соответствующей толщины пластинками, вытесанными из кирпича, как это показано на порядовках. В результате внутренний канал трубы должен сохранить постоянное сечение.

При кладке выдры нужно обеспечить переход на увеличенный наружный размер трубы, причем так, чтобы граница перехода шла по косой, образуя наклонный карниз параллельно скату крыши. Это нужно, чтобы защитить от осадков место соединения кровли с трубой. На порядовках видно, что задача решается постепенным увеличением в каждом ряду ширины карниза. Используя доли кирпича, можно подобрать любой угол наклона. Следует помнить о перевязке рядов!

Выше выдры стояк имеет прежние размеры. Образовавшуюся полку нужно защитить от атмосферных воздействий, например, с помощью бетонного откоса, поверхность которого должна быть гладкой, без трещин.

Рис. 12. Инструмент трубочиста:
а — ведро: б — ложка: в — ерш; г — гиря на веревке; д — электролампочка в металлической защитной сетке

Трубочистные приспособления. Трубочист — профессия, когда-то очень распространенная. Ведь если не чистить трубы от сажи, печь будет хуже работать — уменьшится тяга, и до беды недалеко — сажа, бывает, возгорается. Конечно, это актуально, в первую очередь, для многоэтажных домов с печным отоплением. Все же расскажем об инструментах современного трубочиста (рис. 12), с помощью которых чистят и трубы, и дымоходы печи (в каждой печи есть для этого специальные люки — чистки).

Ведро трубочиста — металлическое, с одной стороны плоское, для прилегания к стенкам трубы. Его ширина, естественно, должна быть не более ширины трубы. Гиря на веревке или цепи служит для расчистки завалов и проверки сечения трубы. Ерш крепится на веревку выше гири на 30—50 см, он очищает стенки трубы. Ложкой тоже удаляют сажу и строительный мусор из труднодоступных мест. Лампочку опускают в трубу и снаружи смотрят — нет ли щели. Если вы внимательно прочли этот раздел, вам, наверное, ясно, что домашняя кирпичная печь — дело серьезное, и делать его нужно добросовестно — или не делать совсем. Работа трудоемкая, кропотливая, но благодарная. В случае удачи печь прослужит долго и будет радовать вас, ваших детей и внуков. «Печку-то, — скажут они, — наш дедушка сложил. Топится отменно!» Так что стоит постараться!