Бачи Алекс. Печь "тлеющего типа"

Городская жизнь достаточно комфортна, если заботу об отоплении в квартире, водоснабжении и других коммунальных "мелочах" берёт на себя управляющая компания. Но всё меняется, когда вдруг неожиданно появляется дачный дом, или того хуже - загородный коттедж, к которому подведено лишь электричество. Вода в лучшем случае из колодца, а газ только в мечтах...

Летом обычно нужна только вода, но с наступлением осени встаёт вопрос отопления дома, и в этот момент вдруг понимаешь, что жестокая реальность предлагает лишь варианты, каждый из которых хуже другого.

Данная статья предназначена для тех, кто хочет своими руками построить каменную печь, имеющую сразу несколько достоинств, которые обычно довольно трудно соединить в одном устройстве. Причём, здесь не идёт речь о какой-то универсальности, которая на практике оборачивается лишь усреднением параметров до какого-то оптимального значения. Предлагается несколько иной тип дровяной печи, в которой каждое из её полезных свойств дополняет друг друга, что в значительной степени повышает КПД всей конструкции, а значит, экономия на топливе вовсе не означает ухудшения тепловых характеристик.

Конечно, этот тип печи имеет и свои недостатки, но о них, и способах их преодоления в самом конце статьи.

Сначала о достоинствах...

Все привыкли к тому, что пламя в печи должно быть жарким, дрова весело потрескивают, а в доме через какое-то время - раньше или позже - наступает долгожданная комфортная температура. Конечно, это так и есть, если рассматривать традиционные типы печей, которые давно верой и правдой служат человечеству.

Современные печи можно условно разделить на два типа:

Первый - это железные и чугунные камины, которые начинают греть воздух буквально сразу после растопки.

Их главный недостаток - быстрое остывание, когда пламя погасло. А в топке в это время находится ещё много топлива, которое могло бы сгореть и дать ничуть не меньше тепла. Правда, для этого требуется более высокая температура, которую такой тип печи попросту неспособен поддерживать на длительном периоде времени, ведь "дожигание золы" - процесс медленный, в отличие от обычного горения дровяного газа, который даёт пламя, так радующее нас в зимнюю пору. С этого момента камин уже сам становится теплообменником, забирающим тепло из дома, унося его наружу через трубу, которая практически напрямую соединяет топку с улицей. В этом нетрудно убедиться, приложив ладонь к камину буквально через час после того как в нём погас последний уголёк. И даже заслонка в дымоходе не помогает, ведь если она "глухая", то существенно возрастает риск отравления угарным газом, а неплотная заслонка ничуть не мешает теплу покидать дом. Помещённые внутрь топки пластины из материала, напоминающего шамот - скорее маркетинговый ход, нежели реальный способ сохранить тепло внутри печи. Даже жарким летом можно прислониться к такому камину и почувствовать "живительную прохладу", что уж говорить об осени или зиме...

И вместо лёгкого и воздушного пепла мы выгребаем из камина тяжёлую золу, которой ещё гореть бы и гореть, и тем самым, к теплу из дымохода прибавим выбрасывание на улицу самого настоящего топлива, содержащего не менее 30% углерода, способного дать примерно столько же тепловой энергии. Соответственно, КПД такого камина редко превышает 40%, что ничуть неудивительно, ведь мы минимум два раза выбросили тепло на улицу. Первый, когда оно ушло через трубу, второй - в виде золы, которая содержит в своём составе достаточное количество углерода для горения.

Более традиционным вариантом отопления дровами считается каменная печь, в которой тепло держится долго за счёт её большой массы, аккумулирующей энергию горящего пламени. Если в печи существует дополнительная камера, по которой циркулирует горячий дым, то это заметно увеличивает её свойства отбора "дополнительного тепла" из продуктов горения. Всё образовавшееся в камере сгорания тепло аккумулируется в "теле печи", которое затем в процессе медленного остывания продолжает греть помещение в течении ещё нескольких часов после того, как погас последний уголёк.

Если камера сгорания имеет большой объём и массу, то "дожигание" золы в ней происходит естественным путём, за счёт высокой температуры внутри и хорошей циркуляции СО - угарного газа, который при определённых условиях также выделяет много тепла при окислении. Правда, для этой химической реакции требуются определённые условия, о которых чуть ниже по тексту.

Несмотря на очевидные достоинства, у каменной печи тоже есть недостаток - нагревать комнату она начинает в лучшем случае через пару часов после затопки, а если её масса велика, то и дольше. Когда такая печь топится на протяжении всего холодного сезона, её КПД может иметь значения в диапазоне 70-90%. Но все её достоинства исчезают, если речь идёт о дачном доме, куда мы приезжаем периодически на пару-тройку дней, максимум, на неделю. Тёплым дом станет не скоро, а расход дров будет слишком большим. Просто потому, что максимальная эффективность каменной печи возможна лишь в условиях ежедневного использования.

Предлагаемый - третий тип печи - отличается от двух предыдущих не только конструктивно, но и несколько необычным способом образования тепла. Дрова в ней горят в две стадии - сначала как в железном камине, а когда пламя потухнет, она перейдёт в режим тления, при котором произойдёт не только сгорание образовавшегося древесного угля, но и гарантированное "дожигание золы" до состояния лёгкого пепла, содержание углерода в котором близко к нулевому значению.

Принцип работы печи "тлеющего типа"

Печи такого типа позволяют совместить преимущества железных каминов и каменных печей в одном устройстве. В момент растопки буквально за полчаса нагревается "дымовая" камера и она будет горячей до тех пор, пока в топке есть хоть сколько-нибудь углерода - в виде древесного газа, древесного угля, а потом и угарного газа СО, который при определённых условиях тоже "горит" с выделением достаточного количества тепла. Всё это время греть помещение будет именно "дымовая часть", до тех пор, пока не прогреется наиболее массивная нижняя часть печи - топка.

В зависимости от типа дров, их просушки и количества на момент закладки, такая печь может согревать комнату до двух суток. Когда печь вышла на режим тления - медленного горения древесного угля и золы, в дымовую трубу поступает уже охлаждённый дым, а значит, с этого момента всё тепло остаётся в доме и не нужно "греть улицу".

Естественно, при растопке она будет работать как обычная печь, ведь на этой стадии внутри горит древесный газ, который быстро поднимает температуру топки, а когда останутся лишь угли, необходимо перевести печь в режим "кислородного голодания", чтобы поступающий снаружи воздух не вызвал значительно падения температуры внутри топки. Именно это позволит произвести нормальный "дожиг" не только древесного угля, но и образовавшейся золы, "сконденсировавшейся" на стенках камеры и частично впитавшейся в кирпичи в момент растопки, когда температура кладки была достаточно низкой.

Для "переключения" печи в режим тления просто наглухо закрывается дверца зольника. С этого момента подсос воздуха в топку будет производиться через многочисленные щели и трещины, от которых всё равно трудно избавиться в каменной печи. Поскольку в конструкции не предусмотрена заслонка, перекрывающая выход продуктов сгорания в дымоход, образующийся внутри камеры угарный газ СО также "перегорит", в процессе окисления став абсолютно безвредным для организма газом СО2. Но даже если этого не произойдёт, он беспрепятственно выйдет на улицу.

При регулярном использовании такой печи, когда она топится каждый день на протяжении месяца и более, растопка вообще не требуется, достаточно лишь своевременно подкидывать свежие дрова на тлеющие угли, оставшиеся с предыдущей топки, и обеспечить приток свежего воздуха, чтобы горение древесного газа происходило с достаточным количеством кислорода. Как только яркое красно-жёлтое пламя погаснет, закрываем дверь зольника, переводя печь в режим тления. Ничего сложного!

Суточное количество дров при этом будет минимальным, а печка всё время тёплой, восполняя естественные потери тепла через стены и окна дома. При таком режиме эксплуатации дровяное отопление может оказаться заметно эффективнее газового и дать существенную экономическую выгоду.

Принципиальное отличие печи "тлеющего типа" от традиционной дровяной печки состоит в том, что с момента выхода на "режим тления" в ней не происходит привычного сгорания древесины. Под действием температуры и недостатка воздуха древесный уголь медленно тлеет, отдавая тепло на протяжении длительного времени. Побочным продуктом реакции окисления углерода является угарный газ СО, который мало кто считает полезным. Конечно, для организма человека он вреден, и это отрицать не будем. Но он тоже способен давать тепло! Правда, для этой реакции требуется температура порядка 400-600 градусов цельсия, что как раз и обеспечивает режим "кислородного голодания", при котором доступ свежего воздуха в топку ограничен закрытой дверкой зольника.

Здесь следует заметить, что объём пространства топки должен быть достаточно большим, чтобы внутри неё происходила естественная циркуляция трёх газов - воздуха, углекислого газа СО2 и угарного газа СО. Если объём топки слишком мал, то угли просто потухнут от недостатка кислорода и излишка углекислоты, а необходимая для "дожига" угарного газа температура быстро упадёт из-за недостатка тепла внутри топки. Другими словами, большая топка нужна как раз для того, чтобы процесс горения древесного угля происходил с минимальными перепадами температуры внутри камеры, только большая масса нагретых кирпичей внутри топки способна создать такие условия.

К слову напомнить о том, что кирпич довольно инертен к воздействию температуры. То есть, медленно прогревается и так же неторопливо отдаёт тепло обратно. Впору вспомнить паровой каток, который долго разгоняется, но затем его уже не остановить. То есть, горячий дым, возникающий при горении древесного газа, пройдя весь путь от топки до дымохода, должен успеть отдать как можно больше тепла кирпичной кладке печи и только после этого может выйти через дымоход на улицу. Поэтому в нашей печи будут совмещаться два важных элемента общей конструкции - массивная топочная часть печи, которая медленно набирает температуру, затем переходит в "дымовую часть", которая нагревается быстро, но легко отдаёт тепло в помещение. По совокупности мы получаем высокую температуру в топочной части, среднюю с "дымовой" и низкую в дымоходе. То есть, "дымовая часть" нагревается минут за 10-15 после начала топки, как это происходит в железном камине, а "топочная" через 1.5-2 часа, как в обычной каменной печи, но зато очень медленно остывает.

Именно то, что нам и нужно.

Довольно лирики!

Строим печку своими руками!

Пришло время поговорить о самой конструкции печи.

Примерная схема:

Рис. 1

Топочное отделение печи располагается на фундаменте, который строится из обычного кирпича с применением цементного раствора. Если фундамент кладётся на глинистую основу, желательно применять кирпич с внутренними воздушными полостями, чтобы тепло от печи не уходило в землю. Высокой прочности от фундамента не требуется, так как сама печь будет достаточно лёгкой, а дымоход в доме существует с момента его постройки. К нему и будем пристраивать печь, что называется - по месту.

Следующая важная особенность печей такого типа - довольно большой "горизонтальный" объём топки в сравнении с обычной "Голландкой", топочное пространство которой располагается вертикально и не позволяет использовать большие брёвна в качестве топлива. Правда, такая "неприятность" довольно легко решается - установкой большой двери, которую можно купить уже готовой, либо изготовить самостоятельно. Тут особо отметим, что классическая "двуоборотная голландка" прекрасно работает как в стандартном режиме, так и в тлеющем, за что любима всеми её владельцами - красивая, тёплая и экономичная.

Но, вернёмся к нашей печи.

Идеальный вариант, когда её размеры близки к 50х50х100см. Это необходимо для того, чтобы воздух, находящийся в топочной камере, мог свободно циркулировать до полного "выгорания" всех типов углеродов, содержащихся в дровах - древесного газа, древесного угля и угарного газа.

При таких размерах топки возникает и вторая приятная особенность - возможность применения "нестандартных" дров до метра длиной и диаметром 30-40 см. Такое бревно, уложенное на угли, гореть будет долго, а угли от него могут тлеть ещё двое суток, и всё равно что-то останется для следующей растопки. Довольно часто соседи предлагают забрать различные коряги, которые трудно пилятся и колются, а целиком не влезают в дверцу обычной печки. Отказываться не стоит - нам такое вполне сгодится!.

Следующее достоинство печи с большим внутренним объёмом - возможность готовки вкусной еды на настоящем огне. Если заранее сделать крюк, на который подвешивать эмалированную кастрюлю, то в ней получится много полезных вкусностей.

Рис. 2

Глиняная посуда не нуждается в подвешивании, достаточно лишь разгрести угли по сторонам, и ждать готовности. Единственное, следует учитывать "нелюбовь" такой посуды к открытому пламени - она может треснуть, несмотря на уверения производителей в стопроцентной гарантии прочности.

Понятно, что печка с такими внушительными "горизонтальными" габаритами с трудом впишется в современный интерьер загородного дома.

Существует вариант "разделить печь пополам", но не в буквальном смысле, а топографически. То есть, расположить её между комнатами, что её заметно "укоротит" как минимум на толщину стены и позволит отапливать два помещения одновременно, в каждом из которых она будет выглядеть компактно, отступая от стены менее чем на 50 см.

Выглядит "разделение печки пополам" примерно таким образом:

Рис. 3

Нижняя часть топки и зольник также собираются из обычного кирпича, но уже на глиняном растворе. Цементный раствор в этой части применять не стоит, так как неравномерность теплового режима внутри печи для него вредна. Но не смертельна, поскольку "падать" всё равно некуда, а трещины... Куда без них?!

Рис. 4

Топочную камеру лучше всего собрать из шамотного кирпича, который хорошо аккумулирует тепло. Но если такой возможности нет, то подойдёт и обычный красный кирпич, но его "теплоёмкость" заметно уступает шамотному. То есть, сэкономим в цене, но и эффективность такой печи будет несколько ниже. Хотя... не факт!

Рис. 5

Топочная камера собирается целиком на "четверть кирпича". То есть, все кирпичи ставятся на торец или на боковую сторону. Такая компоновка позволит сделать печку достаточно лёгкой, что предотвратит проблемы с её последующим проседанием на грунт и образования трещин. Верхний свод удерживается железными планками, имеющими Т-образный профиль, гладкой стороной книзу. В этом случае кирпичи свода будут иметь небольшой тепловой зазор между собой, который заполняется жидким глиняным раствором. Если нет возможности приобрести готовый профиль для свода топки, можно соединить две железные шины обычной электродной сваркой "точками" с шагом примерно 5-10 см. Сплошной шов не рекомендуется, так как при тепловом расширении он может вызвать искривление всей планки "пропеллером", что создаст внутренние напряжения в кирпичной кладке. Если же лопнет несколько сварочных "точек" на планке, это печке не навредит. Тем более, после высыхания свод будет держаться за счёт соединения кирпичей глиняным раствором, а железные планки будут исполнять роль "дополнительной страховки", поэтому качество сварки здесь не критично.

После того как топочная камера собрана, её можно облицевать той же плиткой, из которой будет собрана "дымовая часть".

Рис. 6

В этот момент устанавливаются обе дверцы. Маленькая дверца зольника не требует каких-то специальных мер, а вот основная дверца должна быть прочно закреплена в отверстии, поэтому лучше использовать упорные железные планки внутри топочной камеры, крепление к которым осуществляется за несколько кирпичей сразу с помощью болтов и гаек. Полагаться на прочность глиняного раствора здесь не следует, так как подобного рода "аварии" в процессе горения дров могут стать серьёзной проблемой в самый неподходящий момент.

Задняя часть топки, находящаяся в другой комнате, будет облицована несколько позже.

Рис. 7

Следует заметить, что первоначальный вариант печки подразумевал более длинный путь для дыма, поэтому отверстие из топочной камеры было сделано в задней части печи. От этой идеи пришлось отказаться, так как передняя часть "дымовой" камеры, расположенная в другой комнате, разогревалась заметно медленнее. Поэтому было принято решение "укоротить" путь дыма, сделав выход из топочной камеры сразу в передней части печки. Для этого лишь один кирпич свода поменял своё местоположение, благо, глиняный раствор легко "разбирается" и "собирается" обратно.

Общая схема несколько упростилась, при этом были достигнуты необходимые параметры теплоотдачи.

Рис. 8

А теперь важный момент!

"Дымовая" камера собирается целиком из печной плитки, так как она должна нагреваться быстро и сразу отдавать тепло в помещение. Если нет возможности найти такую плитку, следует поискать в строительных магазинах какую-то равноценную замену. Главный критерий - толщина стенки не должна превышать двух сантиметров. Можно попробовать использовать для этих целей тротуарную плитку, но для её крепления и придания печке красивого внешнего вида придётся придумать какой-то внутренний каркас, к которому плитки будут крепиться с помощью глиняного раствора.

Специальная печная плитка уже имеет внутри рёбра жёсткости, поэтому этот вариант всё равно предпочтительнее.

По завершении сборки спереди печка получилась такой:

Рис. 9

Вид сзади:

Рис. 10

Теперь следует обсудить нюансы, для чего вернёмся к первоначальной схеме:

Рис. 11

Внешне печка может выглядеть как единое целое с дымоходом, но между ними обязательно должно быть некоторое расстояние, чтобы тепло целиком оставалось внутри дома. Также необходимо сделать тепловую изоляцию между топочной камерой и дымовой. Аргумент в пользу такого технического решения состоит в следующем:

Нагрев "дымовой" камеры должен происходить лишь за счёт теплоты проходящего через неё дыма. Свод топочной камеры очень горячий, но это тепло предназначено для основного "тела" печи. А именно, для "дожига" угарного газа, для горения которого требуется температура порядка 500 градусов Цельсия. Для этого между сводом печи и дымовой камерой делается засыпка теплоизолирующим материалом, в качестве которого может использоваться песок, керамзит либо смесь дроблёной штукатурки. Толщина засыпки целиком подчиняется правилу - кашу маслом не испортишь!

Когда процесс горения в печи окончательно прекратится, дымовая камера постепенно остынет естественным образом, но при наличии теплоизоляции в виде засыпки она не станет теплообменником для основной печи, которая будет тёплой ещё очень долго.

Дверь топки должна располагаться как можно ниже свода (рис. 11), чтобы при растопке дым стремился уйти в дымоход, а не в комнату. Она не должна быть монолитной, чтобы между внутренним слоем железа и наружным можно было проложить теплоизолирующий материал. Двойная дверь также даёт возможность установить в неё два стекла - внутреннее и наружное. Между ними образуется "буферная температурная зона", которая позволяет внутреннему стеклу дольше оставаться чистым, а наружному быть не слишком горячим.

В случае, когда стекло единственное, разница наружной и внутренней температуры для него станет серьёзным испытанием на прочность. К тому же, находящийся внутри дым будет охотно конденсироваться на "холодном" стекле и уже через пару часов через него невозможно будет что-либо разглядеть.

Несколько слов о конструкции топочной двери, если вдруг возникнет желание её изготовить самостоятельно.

Стёкла для неё используются закалённые фабричным способом. Обычное оконное стекло не рассчитано на такую разницу температур, и, в конечном счёте, обязательно даст трещину. Даже то, что находится с наружной стороны и нагревается не сильно. Это мы уже проходили! Но и закалённое стекло имеет свои особенности - любые попытки изменить его размеры приведут к разрушению. Поэтому сначала выбираются стёкла, после чего под них изготавливается печная дверь.

Внутренне стекло можно взять от любой газовой плиты. Наружное стекло можно использовать от микроволновки, подходящее по размерам. Тепловой режим для него будет достаточно комфортным, и главный критерий в этом случае - симпатичный внешний вид. После сборки печной двери со стёклами желательно их дополнительно герметизировать специальным алюминиевым скотчем на липкой основе. Это создаст "тепловой буфер" между стёклами и не позволит попадать дыму к наружному стеклу, в результате чего его не придётся чистить от нагара.

Если всё сделано правильно, то пламя внутри печи должно быть видно на протяжении нескольких топок:

Рис. 12

Между притвором и дверкой основной камеры необходимо проложить изолирующий шнур из стекловолокна или асбеста. Для крепления его к железу или чугуну хорошо подходит силикатный клей, который отлично себя чувствует в условиях высокой температуры.

В результате должно получиться нечто подобное:

Рис. 13

Следующим важным моментом будет перегородка внутри "дымовой" камеры. В зависимости от индивидуальных свойств существующего в доме дымохода, может потребоваться отрегулировать тягу на момент растопки, для чего подразумевается установка дополнительного яруса из кирпичей (рис. 11), или наоборот, их удаление. Применение раствора в этом случае не требуется.

Для того чтобы не разбирать печку для регулировки "холодной тяги", в ней должны иметься отверстия, которые обычно используются для чистки внутренних дымоходов и других профилактических мероприятий. Отверстия, обычно называемые "чистками" (пробками, "выбивными кирпичами" и "ревизиями"), могут выглядеть так:

Рис. 14

Расположение "чисток" выбирается таким образом, чтобы обеспечить хороший доступ к отверстию, через которое дым уходит в дымоход, а также до внутренних дымоходов, если они имеются. Чем больше в печке "чисток", тем лучше.

Теперь пришло время поговорить о недостатках всех печей "тлеющего типа".

Дымоход

Поскольку конструкция изначально подразумевает низкую температуру дыма на выходе из печи, то в сильные морозы кирпичный дымоход обязательно будет отсыревать и не сможет просохнуть в процессе топки, даже достаточно длительной. После переключения печи на "тлеющий режим", температура выходящего из печи дыма обычно не превышает 30-40 градусов Цельсия, что автоматически означает наличие конденсата, который будет пропитывать каменную кладку дымохода и рано или поздно просочится на стены в виде неприятных бурых пятен. Очевидно, что "мокрая труба" и примыкающие к ней стены сразу станут отличным теплообменником, уносящим тепло из дома.

Чтобы такого не произошло, требуется доработать дымоход, дабы исключить эту проблему.

Для этого внутрь кирпичной трубы необходимо вставить железную трубу, оцинкованную либо из нержавеющей стали, предварительно утеплённую стекловатой либо другим негорючим материалом.

Примерно так:

Рис. 15

Диаметр "внутренней" трубы подбирается из расчёта внутреннего диаметра уже существующего дымохода. В моём случае подошла труба с диаметром 15 см, которая очень плотно вошла внутрь. Теперь образующийся внутри трубы конденсат, даже если не сможет выйти в виде пара наружу, может капать вниз, где изначально предусмотрена "чистка" и там можно поставить небольшую ёмкость, желательно из алюминия, из которой конденсат будет естественным образом испаряться, поскольку его температура в любом случае будет выше уличной. Сам дымоход и примыкающие к нему стены останутся сухими, независимо от температуры внутри дома и снаружи, а значит, тепло никуда не уйдёт.

Дополнительный плюс уменьшения диаметра дымохода - увеличение скорости дымового потока, согласно правилу Бернулли - чем меньше диаметр трубы, тем луче тяга.

К счастью, других недостатков у этого типа печи за 4 года эксплуатации обнаружить не удалось.

С пожеланиями тепла и уюта в доме,

Алекс Бачи.

Оставить комментарий © Copyright Бачи Алекс Размещен: 16/11/2019, изменен: 17/09/2022. 28k. Статистика. Статья: Изобретательство Иллюстрации/приложения: 18 шт.		Ваша оценка:
Аннотация: В статье предлагается практическое руководство по изготовлению высокоэффективной дровяной печи для обогрева загородного дома. Upd 17.09.22.

Бачи Алекс : другие произведения.

Печь "тлеющего типа"