Размещение и планировка печных конструкций: отопительная печь, камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, дымоход.
Планировка печной конструкции в натуре заключается в нивелировке и привязке к осям здания печи на месте возведения ее в натуральную величину, с нанесением осевых и контурных линий (линий наружных очертаний, границ и габаритов) и закреплением этих линий каким-либо способам. Приступая к разметке, печник, ориентирует направление размечаемой конструкции по отношению к стенам здания и имеющимся в них оконным, дверным и дымоходным проемам. Особое внимание должно быть обращено на расположение печи по отношению к дымоходу в стене здания. Если же труба насадная (на печи), то нужно в первую очередь проверить ее расположение по отношению к имеющемуся или предполагаемому отверстию для нее в потолочном перекрытии и по отношению к расположению балок этого перекрытия и свободному расстоянию между ними и между стропилами. Такая проверка производится при помощи шнура и отвеса. Печник прикладывает шнур к краю отверстия в потолке или к балке, опуская весок до основания печи и, таким образом узнает соответствие расположение отверстия и основания печи.
Рис. 1. 9. Привязка и размещение печи.
Выяснив расположение печи в помещении, печник начинает разметку с того, что выбирает две взаимно перпендикулярные стены здания за два основных направления, от которых и определяет положение печи. Чаще всего одной из таких стен служит та внутренняя стена (а – Рис.1.9.), возле которой стоит печь. Если печь должна быть построена в проеме стены или перегородки, то ограничиваются только одной этой стеной. Все расстояния в направлении в, параллельные печи, откладывают от края проема. Вдоль стены а, от стены б откладывают то расстояние в, на котором должна находиться от нее печь, и получают точку 1; затем в том же направлении дальше откладывают длину печи г и получают точку 2. Для получения боковых сторон печи 1 – 3 и 2 – 4 к поверхности стенки а прикладывают металический угольник так, чтобы его вершина находилась в точке 1: другая сторона треугольника тогда даст линию 1 – 3. Чтобы закрепить эту линию на месте, вдоль стороны угольника наверстывают насухо ряд кирпичей. Точ¬но так же поступают со стороной 2 – 4. На уложенных таким образом кирпичах отмеряется расстояние д , равное ширине печи вместе с отступкой, и получают точки 3 и 4. К этим точкам прикладывают правило и вдоль него выкладывают кирпичи. Подобным образом выкладывают кирпичи вдоль стороны 5 – 6, отложив ширину отступки е. Теперь угловые кирпичи укладывают на раствор и еще раз проверяют все направления и размеры. Полезно проверить также прямоугольник измерением диагоналей 4 – 5 и 3 – 6. Равенство их укажет на правильность привязки.
Кроме наружных очертаний печи необходимо сразу же до на¬чала кладки сделать предварительную разметку планов печи по топливнику и по дымооборотам, чтобы проверить в натуре все внутренние размеры, данные на чертеже, и убедиться в его правильности. Это относится к конструкциям: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, дымоход.
Приступая к постройке какой-либо печи, печник, прежде всего, должен тщательно изучить ее чертеж, чтобы конструкция бы¬ла ему ясна во всех деталях.
Теплопотери помещений. Правила размещения печей в помещении
Выбор места для сооружения печи является очень ответственной задачей. Располагать печь в помещении следует таким образом, чтобы она отдавала тепло максимальному количеству комнат. Кроме того, число дымоходов должно быть минимальным и у них должно быть как можно меньше поворотов, так как это накладывает отпечаток на печную тягу. Обычно располагают печь ближе к капитальной стене и к входной двери, чтобы топливо не нужно было нести через все помещение. В типовых проектах домов место печи определяется заранее. Во всех остальных случаях печь следует располагать так, чтобы дымовая труба проходила как можно дальше от потолочной балки и стропил. Правильно установленная печь может обогревать одновременно два, даже три помещения. Такие печи должны быть достаточно массивными, а их поверхности, отдающие тепло, соответствовать тепловым потерям каждой комнаты. Конечно, идеальным вариантом является установка для каждого помещения отдельной печи, что позволяет топить их по мере необходимости эксплуатации каждой комнаты. Од¬нако большое количество печей связано со значительными материальными затратами и, кроме того, печи будут занимать значительный полезный объем помещения. Этот вариант приемлем только в тех случаях, когда отдельные комнаты в доме эксплуатируются редко, и нет необходимости отапливать их постоянно.
Кроме всего прочего, размещение печи в помещении связано с некоторыми особенностями печного отопления и функций специальных печей: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, дымоход.
Обычно стараются расположить печь ближе к внутренним стенам, в которых устраивают дымовые каналы. В этом случае при отоплении помещения теплый воздух от печи поднимается к потолку и перемещается к наружным стенам, которые служат источником холода. Охлаждаясь, воздух опускается к полу и движется по направлению к печи. Движение холодного воздуха по полу отрицательно сказывается на самочувствии людей, находящихся в помещении. Этого можно избежать, располагая печь около наружных стен. Однако в данном случае требуется утепление дымовых каналов, чтобы не было переохлаждения отходящих газов и связанного с этим образованием конденсата.
При любом расположении печи, должен быть доступ для уборки пыли и к местам для очистки газоходов. Лучше всего печь располагать таким образом, чтобы топка выходила в коридор или прихожую, тогда отпадает необходимость носить топливо и продукты сгорания по жилым комнатам, что всегда связано с большим количеством пыли и мусора, особенно при очистке поддувала от золы.
Особенно следует быть внимательным при выборе места для печи в деревянных домах. Легковоспламеняющиеся конструкции таких зданий накладывают на место установки печи и ее элементов целый ряд ограничений, ко¬торые следует неукоснительно выполнять. Всякие нару-шения противопожарных требований могут привести к трагическим последствиям. При планировке и размещении печи в помещении надо учесть все факторы:
- равномерно прогревать воздух помещений в течение всего отопительного периода;
- обеспечить полную безопасность в пожарном отношении и не являться причиной создания взрывоопасной обстановки;
- создавать удобства при эксплуатации и ремонте;
- способствовать целостности архитектурного оформления здания;
- допускать использование местного топлива;
- не создавать сверхнормативного загрязнения атмосферного воздуха;
Отопительные печи подбирают так, чтобы средняя часовая теплоотдача их равнялась теплопотерям отапливаемых помещений. ( См. СНиП 41-01-2003).
Важный критерий для подбора печей периодической топки – амплитуда колебания температуры воздуха в помещениях категории А. Согласно нормам она не должна превышать +3°С, в течение суток.
При выборе печей и формировании систем отопления принимают во внимание, что одной печью допускается отапливать не более трех помещений. Печи размещают так, чтобы теплоотдача нагретых поверхностей, выходящих в помещение, возмещала его теплопотери.
В двухэтажных зданиях допускается применять двухъярусные толстостенные печи с обособленными топливниками и дымоходами для каждого этажа.
В зданиях любого назначения, планировка которых предусматривает наличие коридоров, печи рекомен¬дуется располагать так, чтобы их можно было об¬служивать (включая управление задвижками) со сто¬роны нежилых помещений.
Печи с насадными трубами рекомендуется при¬менять лишь в тех случаях, когда технически сложно отвести дымовые газы через стеновые каналы. Устройство коренных труб должно обосновываться экономически. Для каждой печи предусматривают отдельный дымовой канал. В дымовых трубах печей, работающих на угле, газе, дровах, устанавливают одну задвижку с отверстием около 15 мм, образованным в ее шибере, во избежание угара от продуктов сгорания.
Подбирая печи, учитывают минимально допустимые расстояния от уровня пола до дна дымооборотов и зольников: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, дымоход. Они должны составлять при сгораемом или трудно сгораемом полу и основании под печью 140 мм. до дна зольника, а до дна каналов –210 мм. При несгораемом основании дно зольника может находиться на уровне покрытия пола.
Присоединять печи к дымовым каналам допускается с помощью металлических патрубков длиной не более 400 мм. Расстояние от верха патрубка до сгораемого потолка должно составлять не менее 500 мм при отсутствии тепловой защиты и 400 мм при наличии обивки перекрытия термостойким материалом. Патрубки изготовляют из нержавеющей стали толщиной не менее 1 мм. На них наносят термоизоляционный слой толщиной 30 мм.
Печи подбирают в такой последовательности:
- определяют суммарные теплопотери здания;
- пользуясь сводным графиком, выбирают отопительную печь, требуемой теплопроизводительностью;
- определяют габаритные размеры печи;
- проверяют (при необходимости) амплитуду колебания температуры;
Если теплоотдача выбранной печи превосходит теплопотери больше чем на 15%, то выбирают отопительный прибор меньших размеров.
При подборе конкретной конструкции печи уч¬тывают особенности санитарно-гигиенических требований для помещений различного назначения. Наиболее комфортные условия, необходимо создавать в детских и лечебных учреждениях, для которых приемлемы только печи умеренного прогрева. Температура нагрева стенок печи в любой точке, не более 90°С. В помещениях с временным пребыванием взрослых людей, допускается нагрев поверхности печи до 120°С.
Для равномерного нагрева воздуха в помещениях отопительную печь следует располагать у наиболее охлаждаемой стены, причем так, чтобы печь по возможности занимала центральное положение. Однако размещение печей у наружных стен нецелесообразно: сравнительно громоздкая печь, поставленная у наружной стены возле окна, затемняет комнату. Расположение дымового канала в наружной холодной стене вызывает сильное охлаждение дымовых газов, что влечет за собой конденсацию (выпадение) влаги из газов на внутренних стенках каналов и приводит к ухудшению тяги.
На рис. 1. 10 показано направление потоков воздуха в помещениях, отапливаемых радиаторами центральной системы отопления при установке их под окнами и печью, которая располо¬жена у внутренней стены помещения. На схеме видны стелющиеся по полу холодные потоки воздуха, идущие от окон и наружных стен к стоящей в глубине помещения печи: происходит так называемое «дутье по ногам». На рис. 1. 11 дано схематическое изображение печи, обращенной в отступку. Рис. 1. 12 показывает пример расположения печи, способной отопить три помещения одновременно.
Рис. 1.10. Направление потоков воздуха в помещениях, отапливаемых: а – печью, б – радиатором центрального отопления.
А-А
План
Рис.1.11. Установка печи у стены с отступом: Рис.1.12. Расположение в перегородках:
1 – отверстия с решетками для входа б – трех смежных комнат; 3 – печь
комнатного воздуха и выхода подогретого 1,2,4 – помещения, отапливаемые одной воздуха, 2 – стена, 3 – отступ. печью.
Равномерность распределения тепла по горизонтали в помещениях, отапливаемых печами, не может быть достигнута по той причине, что греющие поверхности печи оказываются сосредоточенными в одном месте помещения, в то время как охлаждение помещения происходит главным образом от наружных стен и окон.
Установка печи вплотную к стене невыгодна, так как при этом одна сторона печи, примыкающая к стене, не участвует в теплоотдаче, а для того, чтобы получить от печи нужное количество теплоты, приходится увеличивать ее размеры, что вызывает лишний расход кирпича.
Наиболее целесообразно размещать печь не вплотную к стене, а с некоторым отступом от нее (рис. 1.11, 1.12). В этом случае вся ее поверхность отдает теплоту в помещение, так как согреваемый в отступе 3 воздух, поступая в это же, или соседнее помещение через отверстия 1, также используется для обогрева помещения. Ширину отступа, т. е. расстояние между печью и стеной, принимают обычно не менее 150 мм, что позволяет осматривать и чистить стенку печи от пыли.
На рис. 1. 12, а показана круглая печь, расположенная в перегородке и обогревающая две смежные комнаты, а на Рис. 1. 12, б – прямоугольная печь, также расположенная в перегородке и обогревающая три комнаты. Необходимо, чтобы теплоотдача поверхностей, обращенных в каждую из комнат, соответствовала их теплопотерям.
В зданиях любого назначения при наличии коридоров печи следует устанавливать так, чтобы топливники и задвижки обслуживались из коридоров: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, банная печь, дымоход. В зданиях общеобразовательных школ, детских дошкольных, амбулаторно-поликлинических и клубных учреждений, домов отдыха и гостиничного хозяйства, не имеющих коридоров, печи надо устанавливать так, чтобы топливники и задвижки обслуживались из подсобных помещений.
По существу различные печи, плиты и камины по¬хожи. Отличаются они эксплуатационными свойствами: универсальностью использования, величиной теплоотдачи, размерами: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, банная печь, дымоход. Все это во многом зависит от материала, из которого, изготовлена печь, от способа теплопередачи, соблюдения размеров и порядка выкладки кир¬пичей (порядовок), чистоты дымовых каналов, грамотности и тщательности выполнения работы.
Теплоемкость печи классифицируется как «малая», «средняя» или «большая», в зависимости от толщины печных стен по следующему принципу: чем тоньше кладка, тем быстрее нагревается печь и тем хуже она хранит тепло. Поэтому печь с малой теплоемкостью нужно топить несколько раз в день, а теплоемкие печи достаточно топить всего один раз.
Согласно законам физики, теплопередача может осуществляться путем конвекции – за счет передвижения нагретых масс воздуха – и путем излучения, то есть прямолинейно от источника излучения. Излучаемое тепло соответственно называется конвективным или лучевым. Например, солнечное тепло, поскольку на огромном расстоянии между Землей и Солнцем нет воздуха, является полностью лучевым, но на Земле, благодаря наличию атмосферы, присутствует и конвективное тепло.
Ощутить разницу между двумя видами тепла, луче¬вого и конвективного, можно в солнечный день, если после пребывания под прямыми лучами солнца зайти в тень.
Считается, что человек переносит большие дозы конвективного тепла в целом легче, чем лучевого. «Доля» лучевого тепла, по мнению специалистов, должна быть тем меньше, чем выше температура воздуха в помещении.
Нагретые стенки любой печи излучают лучевое тепло и при этом прогревают воздух, создавая конвективное (циркуляционное) тепло. Конвективное тепло распространяется следующим образом: воздух нагревается от больших поверхностей печных стен и поднимается вверх, увлекая за собой более прохладный комнатный воздух. В обычных отопительных печах преобладает конвективное тепло, но металлические печи имеют очень большую долю лучевого тепла, больше чем кирпичные. Соотношение между лучевым излучением печи и конвективным, примерно равно, с незначительным перевесом в сторону лучевого излучения (55:45).
Таким образом, все печи по способу теплопередачи делятся на теплонакопительные и конвективные: камин, русская печь, духовка, коптильня, тандыр, банная печь, дымоход.
Теплонакопительные печи, как правило, отапливают только одно помещение. В большинстве случаев они не устанавливаются вплотную к стене, но иногда встречаются встроенные в стену печи. Таким образом, экономится площадь, а также появляется возможность отапливать два помещения. Теплонакопительные печи создают оптимальные пропорции воздухообмена, наиболее благотворные для организма человека. Тепло, которое они излучают, по мнению специалистов, для человеческого тела подходит лучше всего, это самое «здоровое» тепло после солнечного. Происходит это благодаря естественной циркуляции комнатного воздуха и теплоотдаче печных поверхностей.
Единственным недостатком теплонакопительных печей является то, что для теплоотдачи им потребуется больше времени, нежели печам другого типа.
Кафельные печи также могут быть не только теплонакопительными, но и конвективными, или калориферными. В качестве прямого теплоносителя используется нагретый комнатный воздух. Проходя в пространство между топкой и стенками кафеля через отверстие в цоколе печи, воздух от соприкосновения с ними нагревается и затем через решетки под сводом печи поступает обратно в помещение. Одновременно с этим нагревается и кафель, который тоже начинает излучать тепло. Такие печи хорошо подходят для обогрева нескольких помещений на разных этажах. В этом случае соотношение теплового излучения и конвективного тепла составляет примерно 30:70.
Конвективная печь не может аккумулировать теп¬ло, как теплонакопительная. Однако она имеет определенное преимущество: быстрее нагревается и начинает отдавать тепло практически сразу после растопки, а теплонакопительной печи для этого требуется некоторое время, обычно около трех часов. С другой стороны, теплоотдача у них, значительно больше.
При топке печи дровами, торфом или каменным углем нужно следить за тем, чтобы топливо покрывало всю колосниковую решетку равномерно. Обычно толщина слоя определяется опытным путем и зависит от погодных условий и конструкции печи: чем холоднее погода, тем толще слой топлива. Однако следует учитывать, что избыточная толщина слоя топлива затрудняет поступление воздуха, и топливо сгорает не целиком, печь быстро засоряется сажей и золой, КПД ее уменьшается. Если же топлива недостаточно, по¬ступление воздуха в топливник увеличивается, и КПД также падает.
Теплоемкость печи зависит от ее активного объема. Печи с активным объемом до 0,2 м3, относятся к нетеплоемким (например, печи-буржуйки). Если активный объем печи превышает 0,2 м3, то такая печь относится к теплоемким.
Активным объемом печи называют объем нагревающегося массива, определяемый произведением площади сечения печи на уровне низа топки на активную высоту печи. В свою очередь активная высота печи принимается от низа топки до верхней плоскости перекрытия. Теплоемкие печи, в свою очередь, делятся на печи большой теплоемкостью (срок остывания до 12 часов), средней теплоемкостью (8 часов) и малой (3-4 часа).
Для эффективного использования печи, прежде всего, нужно определить ее размеры, которые определяют в соответствии с тепловыми потерями данного помещения. Для этого следует знать все потери тепла, происходящие через конструкции строения. Существует несколько способов, позволяющих с достаточной точность определить полезные размеры отопительной печи.
Способ первый. Вначале следует измерить объем поме¬щения, которое должна обогревать печь. Далее следует вычислить количество тепла, необходимое для обогрева помещения. Для этого исходят из норматива, который свидетельствует, что для обогрева 1 м2 помещения в средней полосе России до температуры 18°С, требуется 0,3 Квт/ч. (См. таблицу 1.1). Перемножив это значение на общий объем, узнают необходимое количество тепла, требуемое для нагрева данного помещения.
Далее следует найти полезную площадь печи. Учитывая, что 1 м2 печи отдает в среднем 0,3 Квт/час, легко можно вычислить площадь зеркала печи, отдающей теп¬ло. Но в связи с тем, что тепловые потери помещений во многом зависят от места расположения комнат, лучше воспользоваться таблицей, которая определяет зависимость размеров печи от объема помещения и места его расположения.
Таблица 1.1. Параметры поверхности печи в зависимости от объема помещения и расположения (при высоте помещения 3 м и наружной температуре воздуха - 25° С)
Размер
площади
помещения, м2
Поверхность печи в зависимости от размера помещения и его формы, м2
неугловое с одним
углом с двумя углами прихожая
8 1,25 1,95 2,10 3,40
10 1,50 2,40 2,60 4,50
15 2,30 3,40 3,90 6,00
20 3,20 4,60 5,20 –
30 4,60 6,90 7,80 –
Второй способ заключается в определении полезной площади печи в зависимости от площади помещения. В тех случаях, если печь отапливает
несколько помещений, следует определить площадь каждого из них, а их сумма будет составлять необходимую полезную площадь печи.
Первые два способа являются приблизительными, поэтому вычисленную полезную площадь обычно умнож¬ют на поправочный коэффициент 1,15.
Третий способ дает возможность более точно определить тепловые потери помещения в зависимости от применяемых при строительстве материалов и конструкций. Для этого нужно учитывать удельные тепловые потери 1 м2 строительных конструкций при температуре наружного воздуха
- 25° С.
Общие теплопотери каждого помещения будут представлять собой сумму от тепловых потерь, составляющих конструктивных элементов. Учитывая, что каждый квадратный метр печи излучает 0,3 Квт/час, можно легко найти полезную площадь печи для любого помещения.