Отопительные печи

Кирпичная печь, кладка отопительной печи, порядовка отопительной печи

Получение тепла требует сжигания какого-либо вида топлива. Тепло от наших батарей в городской квартире получено после сгорания топлива в централизованной котельной или ТЭЦ. Работа электрического нагревателя обеспечивается подключением к сети. Основным способом получения электроэнергии остаётся преобразование из энергии, полученной в процессе горения. Человечество стремится отказаться от использования углеводородов в качестве топлива. Продвинутые экономки всё шире используют гидроэнергетику, энергию атома, различные виды зелёной энергетики - энергию ветра, солнца и пр. Всё же углеводородная энергетика остаётся преобладающей и не только не ликвидируется, а наоборот, развивается. Так же совершенствуются инженерные сооружения по сжиганию топлива и получению тепла. Технология кладки отопительной печи и её конструкции быстро меняются при появлении новых материалов и приёмов работы.

Процесс горения

Горение является химической реакцией окисления с выделением тепла. Окислителем при сгорании различных видов топлив является кислород атмосферы. Для обеспечения непрерывности процесса и полного использования топлива требуется постоянный приток кислорода или просто воздуха в зону горения. Для замедления или прекращения реакции необходимо уменьшить или полностью прекратить доступ воздуха в эту зону.

Выделение энергии происходит в виде выделения тепла в окружающее пространство. Различают несколько способов передачи тепловой энергии окружающим предметам:

-теплопроводность;

-конвекция;

-тепловое излучение.

Когда мы сидим у костра, у открытого огня, нас греет тепловое излучение. Уха в котелке варится принимая тепловую энергию от стенок котелка за счёт теплопроводности. Котелок нагревается поднимающимися продуктами горения перемешанными с потоками воздуха. Такое перемешивание называется конвекцией.

Сгорание топлива происходит в течении некоторого времени. Горящие в костре дрова, как и в кирпичной печи, превращаются в угли и золу не мгновенно, при этом вверх летит дым вместе с искрами. Летящие искры означают продолжение реакции в уже покинувших зону горения частицах топлива и продолжение выделения тепла. Догорание и тепловыделение в дыме происходит даже в отсутствии искр.

Поток пламени является смесью воздуха, горячих газов и продуктов сгорания. Завершение реакции горения в пламени требует хорошего перемешивания его струй. При этом в области пространства, где заканчивается горение, должна поддерживаться высокая температура.

Основные элементы

Топливо сгорает в топливной камере или топливнике. Снизу топливник имеет отверстие закрытое колосниковой решёткой. Через эту решётку происходит приток воздуха для поддержания процесса горения. В топливной камере поддерживается самая высокая температура в процессе топки. Порядовка отопительной печи обеспечивает отвод разогретых печных газов из зоны горения и после прохождения дымоходов вывод их в трубу. Для реализации лучшего притока воздуха в зону горения и отвода дыма в конструкции создаётся тяга. У верхнего среза трубы атмосферное давление одинаково как над трубой так и рядом с ней. Столб нагретого воздуха внутри имеет плотность меньшую, а значит и меньший вес, чем столб воздуха вблизи трубы. Поэтому давление на уровне нижней части трубы будет меньше чем давление на таком же уровне снаружи. Разница давлений создаёт приток воздуха к нижней части. Такой приток воздуха называется тягой. Чем выше труба тем сильнее тяга

Требования к конструкции

Кладка отопительной печи реализует проект внутреннего строения, которое должно выполнять следующие задачи:

обеспечение безопасного для наружного пространства сгорания топлива в топливнике и принятия тепловой энергии стенами и сводом через излучение и теплопередачу;

задержание горячего воздуха и продолжающих гореть частиц топлива во внутренних полостях до полного догорания и приём тепла внутренними поверхностями через теплопередачу;

отвод остывшего дыма через трубу в атмосферу.

Чем ниже температура газов на выходе трубы, тем больше тепла осталось внутри и пошло на отопление помещения, тем выше КПД. Слишком низкая температура может привести к ухудшению тяги и образованию конденсата в трубе. Оптимальной считается температура на входе трубы 130 - 140 градусов. При выходе из трубы газы должны иметь примерно 100 градусов. КПД обычной отопительной печи составляет 50-56%.

Эффективность отопления также зависит от способности отдавать тепло в окружающее пространство. Тепло снимается с наружных нагретых поверхностей и при помощи конвекции распространяется по всему отапливаемому помещению.

Системы дымоходов

При строительстве кирпичной печи формируются внутренние пространства для движения горячего воздуха. По характеру движения газов конструкции отопительных печей подразделяются на два основных вида: оборотные и с колпаком или бесканальные.

Системы с оборотами

В оборотных печах внутренне пространство организовано каналами или дымоходами. Эти каналы соединяются с одной стороны с топливником, а с другой стороны имеют выход в дымовую трубу. Дымоходы различаются по длине, по количеству поворотов, по расположению: в вертикальной или в горизонтальной плоскости, по количеству каналов. Своими поверхностями они воспринимают тепловую энергию от печных газов и передают её остальному массиву. Схемы организации оборотов приведены  Печные газы из топливника (обозначен буквой т), проходят через вертикальные обороты и уходят в трубу. На схеме а) прохождение газов происходит по одному каналу. На схеме б) газы после подъёма в верхнюю часть разветвляются на несколько ходов или оборотов При использовании оборотов стенки у каналов должны быть как можно более гладкими для уменьшения сопротивления прохождения газов. Повороты каналов желательно выполнять скруглёнными также для уменьшения сопротивления. Чем длиннее каналы и больше поворотов тем ниже температура газов будет на выходе и тем больше тепла примут стенки каналов. Если порядовка отопительной печи предусматривает длинные каналы и множество поворотов, то это приведёт к значительному сопротивлению и ухудшению тяги.

 

Недостатками оборотной конструкции являются:

- неравномерное прогревание. Наибольший нагрев происходит в ближайших к топливнику части каналов. Каналы расположенные ближе к трубе нагреваются существенно меньше;

- трудная растопка. Это происходит из-за того, что во время растопки, когда труба ещё не прогрелась, отсутствует достаточная тяга.

Для улучшения условий растопки в такие конструкции вводят дополнительную задвижку. Во время растопки эта задвижка направляет дым по другому пути. Происходит ускоренный прогрев трубы и установление тяги. После прогрева для обеспечения наибольшей теплоотдачи задвижку передвигают в другое положение.

Бесканальные системы

В этом случае кладка отопительной печи не предусматривает создание внутренних дымовых каналов, вместо них делают колпак или камеру с двумя отверстиями. Разогретые газы из топливника попадают в камеру через входное отверстие, поднимаются в верхнюю часть камеры и нагревают перекрытие или свод. Затем, охлаждаясь или вытесняемые более горячими газами расходятся и опускаются по стенкам вниз, нагревая их. Самая охлаждённая часть через второе выходное отверстие уходит в трубу. Бесканальная система представлена на рисунке 3. Система не имеет дымовых каналов и не оказывает сопротивления движению газов. Из зоны горения продолжающие догорать частицы топлива вместе с дымом поступают в камеру. Тут происходит полное догорание и некоторое охлаждение.Тепло принимает перекрытие колпака и верхняя часть боковых перегородок. Из камеры беспрепятственно выводятся самая остывшая часть газов Конструкция не имеет недостатков, которые присущи оборотной системе. Обеспечивается постоянная тяга как при растопке так и после прогрева. К слабым местам системы с колпаком можно отнести то, что наибольший прогрев происходит во всей верхней части камеры. Нижняя часть камеры прогревается меньше.

 Различие печей по габаритам

Чтобы решить, какая кирпичная печь более всего подходит в конкретном случае, нужно определиться со множеством факторов. Один из основных это размеры.

Тонкостенные печи

Такие, у которых толщина стенок не более 12 см. Характеризуются следующими особенностями:

- имеют меньшую массу;

- для порядовки отопительной печи с тонкими стенками требуется меньше кирпичей и на возведение уходит меньше времени;

- занимают меньше места;

- быстро прогреваются;

- аккумулируют мало тепла, поэтому их приходится топить чаще.

Тонкостенные печи используют для отопления небольших помещений или при непостоянном проживании.

Толстостенные печи

Имеют толщину стенок более 12 см и получили наибольшее распространение. Ими можно отапливать сразу две комнаты. Для этого боковые поверхности должны выходить в оба этих помещения. Имеют такие особенности:

- аккумулируют много тепла;

- дольше прогреваются, чем тонкостенные;

- имеют значительные массу и габариты;

- значительные габариты позволяют применить такое внутренне устройство, которое более подходит к конкретным обстоятельствам.

Совершенствование печей

Усовершенствование конструкций происходит с появлением новых материалов и инструментов. Сначала технические новинки начинают применяться в индустриальных вариантах. Затем постепенно проникают в бытовые отопительные системы.

Так, давно стал широко использоваться в топливнике колосник. Это позволило добиться более полного и равномерного сгорания топлива в зоне горения, улучшить тягу, облегчить процесс растопки.

Не менее широко теперь применяется огнеупорный кирпич, который ранее использовался исключительно на производстве. Это существенно повысило качество кладки отопительных печей, их надёжность и долговечность. Огнеупорный или шамотный кирпич используют для футеровки. Им выкладывают стены и свод топливника и других элементов внутреннего объёма, подверженных воздействию высоких температур.

Для футеровки последнее время стали применять базальтовый картон. Его укладывают изнутри топливника, а затем выкладывают ряд огнеупорного кирпича.Таким образом, с внешней поверхности находится ряд обычного красного кирпича, затем, ближе к зоне горения помещён базальтовый картон и далее ряд шамотного кирпича. Такая конструкция позволяет использовать уголь в качестве топлива почти не увеличивая размеров топливника.

В качестве раствора теперь можно использовать готовые покупные смеси. В таких смесях выдержаны все необходимые пропорции ингредиентов и сами ингредиенты надлежащего качества. Остаётся только развести готовую смесь водой и тщательно перемешать.

Скорость обмена информацией в современном обществе увеличивается с каждым днём. Технические новинки распространяются очень быстро. Нужно внимательно следить за дальнейшим появлением технических новинок в печном деле.