С.К. Харчев
Отопление комнатными печами
Комнатная кирпичная печь является комбинированным нагревательным прибором; в нижней части печи располагается топливник для сжигания топлива, а в верхней – дымообороты или камера. Продукты горения из топливника проходят в верхнюю часть и обогревают кирпичную кладку (до +140 - +159 градусов).
Имеется большое количество различных конструкций и типов печей. В последние 20 лет разработано много конструкций печей наиболее совершенных и рациональных как в теплотехническом, так и в экономическом отношениях; поэтому на всех стройках нашего союза надлежит устанавливать печи лишь новейших конструкций.
К сожалению, в Москве, Ленинграде и в других крупных центральных городах еще по настоящее время практикуется установка насчитывающих многолетнюю давность «дедовских» печей излишней массивности и с небольшим коэффициентом полезного действия. Принимая же во внимание, что большинство зданий сельского строительства и около половины зданий в городах, как уже учитывалось, еще многие годы будут иметь печное отопление, вполне очевидно, что установка печей усовершенствованной конструкции с высоким коэффициентом полезного действия даст стране большую экономию топлива. В России широкое распространение комнатных печей началось с Петровской эпохи. Старые кирпичные печи чрезмерно массивны, толстостенны, топливник в них имеется с глухим подом, продукты горения проходят последовательно по зигзагообразным дымооборотам; наружная поверхность печей облицовывается майоликовыми изразцами. Такие печи называются голландскими.
Печи такого же типа, как и голландские (то есть с зигзагообразными дымооборотами и топливниками, с глухим подом), но имеющими в плане круглую форму, носят название утермарковских. Утермарковские печи обыкновенно заключают в металлические футляры.
Для отопления жилых и общественных зданий установлено применять кирпичные печи или печи сборного типа. Эти печи имеют определенный массив и обладают теплоаккумуляцией, то есть во время топки кладка печи, нагреваясь от продуктов горения, воспринимает (аккумулирует) тепло, а по окончании топки отдает его помещению в течение продолжительного времени. Чем больше массив печи, тем продолжительнее период отдачи тепла. Свойство печей аккумулировать тепло называется теплоемкостью.
Как было уже отмечено, в верхней части печей располагаются дымообороты или теплоемкие камеры; дымообороты устраиваются по различным схемам.
Поэтому в основном печи можно классифицировать по теплоемкости и по системе дымооборотов.
1. Печи большой теплоемкости – массивной конструкции, топка их производится один раз в сутки в течение 2-3 часов. Таким образом, печь большой теплоемкости должна аккумулировать тепло, потребное для возмещения теплопотерь помещения в течение 22-21 часа.
2. Печи средней теплоемкости – с полусуточной аккумуляцией тепла, то есть на 10-10 ½ часов; топка печей средней теплоемкости производится два раза в сутки, продолжительность по 2 – 1 ½ часа.
3. Печи малой теплоемкости ( с частичной кирпичной кладкой), с теплоаккумуляцией на 3-4-часовой перерыв между топками.
4. Печи нетеплоемкие, - не способные массой заключенного в них материала аккумулировать тепло.
Печи большой теплоемкости устанавливаются в жилых и общественных зданиях с постоянным пребыванием людей, а также в зданиях, расположенных в районах с суровым климатом.
Для помещений с временным и периодическим пребыванием людей (зрительные залы, фойе, вестибюли прочее), а также для помещений, где не требуется поддержание высокой постоянной температуры в течение суток (школы, спальни, общежития), могут применяться печи средней теплоемкости.
Печи малой теплоемкости и нетеплоемкие не отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и являются опасными в пожарном отношении. Однако эксплуатация их дает некоторые преимущества, а именно: быстрый нагрев помещения при затопке и такое же быстрое прекращение выделения тепла по окончании топки.
Обладая вышеуказанными преимуществами, печи малой теплоемкости и нетеплоемкие устанавливаются в тех помещениях, в которых отопление должно функционировать периодически, и которые подвергаются сильному охлаждению от врывания холодного наружного воздуха, а также в качестве временного отопления. Как временное отопление они допускаются к установке в жилых помещениях, но только в особых случаях (внезапное, но длительное прекращение теплофиксации, временное разрушение центральной системы и т.п.) и с разрешения Инспекции пожарной охраны.
для отопления землянок, палаток, бараков, караульных помещений, сторожей, проходных будок и прочих временных сооружений;
для надобностей, связанных со строительством (просушка помещений, обогрев тепликов, повышенной температуры в помещениях при производстве строительных и монтажных работ);
для отопления вагонов и походных мастерских.
По конструкции верхней надтопочной части кирпичные печи бывают канальные (многооборотные и однооборотные) и бесканальные.
На рис. 1 указана схема
дымооборотов многооборотной канальной печи. Из топливника Т газы последовательно
проходят по зигзагообразным каналам, часто меняя направление движения газов.
Все дымообороты располагаются в верхней части
печи над топливником.
Эта схема весьма нерациональна: чрезмерная длина пути прохождения газов и большое число резких поворотов вызывают значительное сопротивление движению газов. Для преодоления этих сопротивлений требуется усиленная тяга: в верхних же этажах (особенно осенью и весной) тяга в дымовых трубах небольшая; поэтому при эксплуатации многооборотных печей возможно дымление.
Кроме того, при постепенном охлаждении газов температура их в последнем канале меньше, чем в первых; вследствие этого нагрев печи получается неравномерным. Однооборотная схема (рис.2) более рациональна. В этой схеме дымовые газы на топливнике Т поднимаются по этому каналу и, распределяясь наверху на отдельные потоки переходят в параллельные опускные каналы.
При однооборотной схеме прогрев печи более равномерный. Одновременное движение газов по всем опускным каналам обеспечивается саморегулированной в ней тяги, так как в опускных каналах движение случайно затормозится, газы, двигаясь медленно, будут больше охлаждаться, объемный вес их, способствующий движению сверху вниз , увеличится, и, тем самым, естественно восстановится движение.
Обратное происходит в подъемных каналах, где сила тяжести противодействует движению, поэтому подъемный канал всегда делается лишь один. На рис. 3 дана схема однооборотной канальной печи с нижним обогревом. Эта схема предпочтительнее, так как нижняя часть печи сильнее прогревается и от этого лучше будет обогреваться нижняя зона помещения, кроме того, вследствие уменьшения теплопотерь через стенки топливника, в нем поддерживается более высокая температура, способствующая процессу горения.
В бесканальных печах
(рис. 4) в верхней части отсутствуют направляющие каналы для газов, в них над
топливником располагается камера-колпак, внутри которого для увеличения
теплоемкости и внутренней поверхности тепловосприятия устраивается кирпичная кладка или реберные
контрфорсы.
По ОСТ 7805 комнатные печи классифицируются еще по этажности и по форме в плане. По этажности печи разделяются на одноэтажные и многоэтажные.
В многоэтажных печах массив печи проходит через несколько этажей, топливник же один и располагается он в нижнем этаже. В плане печи бывают разной формы: прямоугольные, многоугольные, круглые и угловые.
Чтобы лучше усвоить те требования, которые предъявляются к устройству топливников печей, необходимо, хотя бы схематически, вкратце ознакомиться с процессом горения топлива.
Горение – химический процесс быстрого соединения кислорода с составными горючими элементами топлива, сопровождающийся развитием высокой температуры и выделением большого количества тепла. Для начала горения топливо должно быть зажженно, то есть доведено до такой температуры (начальной), при которой поступает разложение его на составные элементы (углерод, кислород, сера, влага), в дальнейшем весь процесс горения должен протекать при температуре не ниже начальной и при соответствующем притоке воздуха.
Воздух в топливнике, где происходит сжигание топлива, должен поступать в строго определенном объеме, в зависимости от сорта топлива и его количества. Как известно, углерод, водород и горючая сера могут вступать с кислородом в различные соединения, давая низшие и высшие степени окисления.
Для получения наибольшего количества тепла процесс горения должен протекать так, чтобы кислород вступал в соединения с углеродом и водородом в наибольшем количестве, то есть, давая высокие степени окисления – СО2 и Н2О.
Такой процесс горения называется полным, в отличие от неполного, когда с отходящими газами будут уноситься наружу горючие материалы (углеводороды) и соединения низшей степени окисления.
Неполнота горения обуславливается многими причинами, из которых основные:
1. Недостаточно высокая температура, при которой происходит выход горючих элементов и разложение углеводородов на углерод и водород;
2. Недостаточное количество поступающего воздуха при горении;
3. Вялый контакт молекул горючих элементов с молекулами углерода, что может иметь место при неравномерной подаче молекул , а также при небольшой скорости поступления к слою горящего топлива, и
4. Избыток воздуха, вызывающий охлаждение топливника и понижение температуры горения.
Неполноту горения можно распознать по серому и черному свету выходящих из трубы дымовых газов.
Процесс горения твердого топлива разбивается на три фазы:
Первая фаза – начало горения с распадом органической части топлива; вторая – горение летучих веществ и углерода; третья – углеобразование и шлакообразование, с выжигом углерода из кокса и углей.
Для обеспечения полноты горения в каждой фазе должны быть созданы соответствующие условия, а именно:
Для первой фазы (горение лишь небольшой части топлива) требуется подача воздуха в небольшом количестве;
Для второй фазы – наиболее продолжительной, воздух должен подаваться в строго фиксированном количестве. В третьей фазе воздух должен подаваться с такой скоростью, чтобы он пронизывал толщу горящих углей и интенсивнее вступал в соединение с углеродом.
Печи нетеплоемкие изготавливаются из кровельной листовой стали или отличаются из чугуна; печи малой теплоемкости – кирпичные или смешанного типа (металлические с футеровкой).
На рис. 5 представлена печь из кровельной листовой стали наиболее простой конструкции. Печь прямоугольная в плане, с топочной решеткой 1, топливником 2 служит верхняя часть печки. Топливо закладывается через топочное отверстие, снабженное дверцей 3, нижняя часть 4 является поддувалом и зольником. Воздух для горения поступает через поддувальное отверстие, прикрываемое дверцей 5. Продукты горения отводятся ы дымовой канал по металлической трубе 6, на которой установлена задвижка. При временном отоплении и отсутствии дымовых каналов в кирпичных стенках допускается отведение дымовых газов непосредственно наружу через оконный проем, при обязательном устройстве вокруг металлической трубы разделки из кровельной листовой стали. Ширина такой разделки при длине труб до трех метров должна быть 25 см, а при длине 6 м - 15 см.
Печь устанавливается на кирпичной выстилке 7, кирпичом плашмя в один ряд на глиняном растворе; перед топочной дверцей к полу должен быть прибит железный лист 8, который должен выступать перед топкой не менее чем на 50 см. вместо кирпичной застилки допускается обивка деревянного пола под печью кровельной листовой сталью по войлоку (2 слоя), вымоченному в глине.
Во всех случаях изолируемая площадь пола должна выступать по периметр печи с боков и сзади на 25 сантиметров. Высота ножек должна быть не менее 15 сантиметров.
