Автор: Александр Бацулин

Усреднение показаний газового анализа

Во всех существующих методиках определения КПД печей потери с отходящими газами вычисляются по усреднению показаний газового анализа (ГА). Математически такое усреднение некорректно т.к. величины потерь, получаемых с ГА – это текущие потери, и они должны быть как-то привязаны к доле топлива, сгорающего в данный момент.

Так усреднять можно только в случае, если мощность горения (количество сгораемого топлива в единицу времени) остается постоянной на всем интервале усреднения, как, например, в аппаратах постоянного действия.

В бытовых печах, напротив, скорость горения меняется в широких пределах, и обычное усреднение будет некорректным. Поэтому, для получения более-менее адекватных данных из интервала усреднения вырезают начало и конец, что тоже приводит к некоторым ошибкам (а также к спорам – о том, какой именно промежуток выбирать). Более того, если печь топится в несколько закладок, то стоило бы исключать и интервал перед новой закладкой, однако об этом нет указаний ни в одной из методик.

Как же быть?

Можно определить потери с уходящими газами с помощью анемометра и термопары (см. Методичку). Однако это может вызвать сложности инструментального характера – необходим точный калиброванный анемометр, желательно со специальным тарированным коробом для измерения потока. Это можно рекомендовать при отсутствии газоанализатора. При его наличии целесообразно доработать процедуру усреднения так, чтобы учесть неравномерность тепловыделения в печи по времени. Т.е. ввести нормировочные (весовые) коэффициенты для величины текущих потерь, и усреднять уже нормированную (на постоянную скорость горения) величину потерь. Ниже мы введем такие коэффициенты и математически покажем, что это правомерно.

Формулы для потерь

Можно различить два вида потерь – интегральные, то есть общие потери за период времени Δt и текущие потери, в момент времени t. Когда говорят об общем КПД печи (потерях), то имеют ввиду интегральную величину. Моментальная величина потерь характеризует эффективность процесса поглощения тепла печью в момент времени t безотносительно к его количеству. И очень важно заметить, что интегральный КПД не может быть получен усреднением η^t по времени. Относительные потери (как и КПД) – величина не аддитивная. Подробнее об этом можно прочесть в «Методичке».

Интегральные потери за период времени Δt = t2 – t1 можно определить по формуле:

Loss = \frac{1}{M q_w}\int_{t_1}^{t_2} W_{\text{отх}}(t)\,dt

Текущие потери, в момент времени t:

Loss^t(t) = \frac{W_{\text{отх}}(t)}{W_{\text{гор}}(t)}

где

Wотх(t) — тепловая мощность потерь с отходящими газами, Вт
Wгор(t) — тепловая мощность выделяемая при горении топлива, Вт
M — масса сожженных дров, кг
qw — удельная теплота сгорания дров влажностью w, Дж/кг.

Развернутые выражения для потерь выглядят следующим образом:

Loss = \frac{1+w}{M(q^0-583w)}\int_{t_1}^{t_2} c\Delta T \cdot F(t)\cdot\left(1+\frac{\beta}{\alpha(t)}\right)\,dt

Loss^t(t) = \frac{c\Delta T\cdot V^0}{q^0-583w}\left(\alpha(t)+\beta\right)

где

w — влажность дров, как отношение массы воды к массе сух. древесины в образце, доли
С — теплоемкость воздуха Дж/нм³С
ΔT — разность т-р на выходе и входе в печь
V0 — стехиометр. объем воздуха для горения абс. сухой. древесины, нм³/кг
F(t) — поток входящего воздуха, нм³/с
α(t) — коэффициент избытка воздуха
β — безразмерный коэффициент, характеризующий изменение теплосодержания дымовых газов по отношению к теплосодержанию входящего воздуха

\beta = \frac{c^w_{\text{отх}}V^0_{\text{отх}} + wV^w_{H_2O}}{c_{\text{возд}}V^0_{\text{возд}}}{-}1

Выражение (2) принято называть формулой Зигерта, именно по ней происходят вычисления потерь в ГА. В руководстве по ГА она приводится в несколько ином виде – выраженная через концентрации О2 или СО2 и две константы A и B.

Нормировочный коэффициент

Теперь попробуем получить выражение для интегральных потерь Loss, через потери текущие. Перепишем(1) так:

Loss = \frac{1+w}{M(q^0-583w)}\int_{t_1}^{t_2} c\Delta T\cdot\frac{F(t)}{\alpha(t)}\cdot\left(\alpha(t)+\beta\right)\,dt = \\ \frac{1+w}{MV^0}\int_{t_1}^{t_2}\frac{F(t)}{\alpha(t)}\cdot\frac{c\Delta T\cdot V^0}{q^0-583w}\left(\alpha(t)+\beta\right)\,dt

Частное от деления потока входящего воздуха на коэффициент избытка воздуха – это поток сгораемого воздуха, скорость горения воздуха (пропорциональная скорости горения топлива). Обозначим его через G(t):

G(t)=\frac{F(t)}{\alpha(t)}

Теперь выражение для потерь можно переписать так:

Loss = \frac{1+w}{MV^0}\int_{t_1}^{t_2}G(t)\cdot Loss^t(t)\,dt

Для дальнейших преобразований нам потребуется средняя величина скорости горения воздуха. Она находится усреднением G(t) за исследуемый промежуток времени, математически это можно записать так:

\overline{G}=\frac{1}{t_2-t_1}\int_{t_1}^{t_2}G(t)\,dt

Поскольку $\overline{G}$ — это константа (а не функция времени), то ее можно внести под знак интеграла, соответственно помножив и предынтегральное выражение:

Loss = \frac{1+w}{MV^0}\cdot\overline{G}\int_{t_1}^{t_2}\frac{G(t)}{\overline{G}}\cdot Loss^t\,dt

Подставим (9) в (10) и посмотрим что получиться:

Loss = \frac{1+w}{MV^0}\cdot\frac{1}{t_2-t_1}\int_{t_1}^{t_2}G(t)\,dt\cdot\int_{t_1}^{t_2}\frac{G(t)}{\overline{G}}\cdot Loss^t(t)\,dt

Интеграл от скорости горения воздуха по времени (первый в формуле), как нетрудно догадаться, — это объем сгоревшего воздуха. А предынтегральный множитель (1+w)/MV равен 1/V_st, где V_st – стехиометрический объем воздуха, требуемый для сгорания массы дров М, с влажностью w. O, чудо! – формула существенно упрощается:

Loss = \frac{1}{t_2-t_1}\int_{t_1}^{t_2}\frac{G(t)}{\overline{G}}\cdot Loss^t(t)\,dt

Обозначим через N(t) отношение скорости горения воздуха к ее средней величине и соответственно перепишем (12):

N(t)=\frac{G(t)}{\overline{G}}

Loss = \frac{1}{t_2-t_1}\int_{t_1}^{t_2}N(t)\cdot Loss^t\,dt

Или, по определению средней величины:

Loss = \overline{N(t)\cdot Loss^t(t)}

Ура, все упростилось проще простого. N(t) – это и есть искомый нормировочный (или весовой) коэффициент. Физический смысл его состоит в том, что в общей сумме потерь доля потерь в каждый момент времени учитывается пропорционально количеству сгорающего в этот момент топлива. Произведение $N(t)\cdot Loss^t(t)$ можно назвать текущими потерями, нормированными на постоянную скорость горения.

Интересно отметить, что величина нормировочного коэффициента N(t) не зависит от абсолютного значения потока воздуха, а важны лишь его изменения – это вытекает из (13). Например, если поток за время топки возрос линейно в два раза, то все равно было это 100/200 м3/час или 200/400 м3/час – значения N(t) не изменятся. Или если поток оставался постоянным – то не имеет значение его абсолютная величина.

Таким образом, требования к анемометру снижаются – важна лишь его линейность. А при расчетах необязательно рассчитывать поток, в (13) можно подставлять и скорость входящего воздуха.

Стоит обратить внимание, что средняя величина N(t) за исследуемый период должна равняться единице (по определению нормировочного коэффициента, иначе расчет будет на иную массу топлива) – это происходит автоматически, но для этого пределы вычислений нужно выбирать до расчета N(t) и потерь Loss по (15).

Таким образом, расчеты производятся в следующей последовательности:

записываем в таблицу величины потерь Loss(t) (с ГА, или вычисляем их по (2)), избытка воздуха, потока входящего воздуха
определяем пределы расчетов, т. е. промежуток времени горения
добавляем в таблицу графу G=F/Alfa и вычисляем ее среднее за принятый промежуток времени
добавляем в таблицу графу N = G/Gсредн
добавляем графу NLoss = N(t)*Loss(t)
вычисляем ее среднее — это и есть интегральные потери за искомый период.

Ошибки метода

Методы вычисления потерь по формуле Зигерта (4), или по (15) в применении к печам периодического действия имеют следующий недостаток. В этих выражениях значения теплоты сгорания топлива Q и стех. количества воздуха V⁰ принимаются постоянными по времени, но это справедливо только для топок постоянного горения. А в случае печей периодического действия сначала из дров выгорают летучие, а потом сгорает угольный остаток, соответственно эти величины меняются со временем (и возможно сильно). Например, средняя теплота сгорания дров 3300 ккал/кг, а древесного угля – 8000 ккал/кг, соответственно в начальный период горения теплота сгорания топлива д. б. существенно ниже 3300 ккал/кг. Со стех. объемом воздуха ситуация обратная – при горении летучих воздуха нужно больше, а для горения угля меньше.

Учесть эти ошибки при расчете сложно. Представляется такой путь – задать вид функций Q(t) и V(t) аналитически, но так чтобы их средние значения за период горения равнялись теплоте сгорания древесины и стех. объему воздуха соответственно. Затем подставить их в (4) и (15) и оценить насколько изменится величина потерь. Но это тема для отдельной работы.

Об установке констант А и В в формуле Зигерта в газоанализаторе см. «Методичку».

Графические иллюстрации

Для примера взят реальный опыт и посчитан по предложенной методике усреднения. На графике: поток входящего воздуха, коэффициент избытка воздуха и нормировочный коэффициент.

Ступеньки на графике потока вызваны низким разрешением анемометра – 0,1 м/c.

На следующем графике сопоставлены величины потерь, полученных непосредственно с ГА, и нормированных потерь. Последние приведены как для всего периода горения, так и для интервала СО2 > CO2max. Усредненные величины приведены в таблице.

	Средн потери с ГА, %	Средн. норм. потери, %	Ошибка
Весь период	28,4	24,5	16 %
Период СО2 > 25%СО2	26,2	23,8	10 %
Ошибка	8 %	3 %

Из таблицы можно сделать два вывода

1) Усреднение потерь без нормировки дает завышенные значения на 10 – 16%
2) Нормированные потери мене чувствительны к пределам усреднения.

Усреднение концентрации СО

Усреднение концентрации СО в отходящих газах в печах периодического действия желательно проводить с учетом потока отходящих газов, т. к. в общем случае этот поток не является постоянной величиной и возрастает к концу топки. Усреднение без учета потока даст несколько заниженные значения, т. к. сама концентрация СО также возрастает к концу топки. Так, если например поток за время топки линейно возрастает в два раза, то это дает примерно +10% концентрации СО по сравнению с неизменным потоком.

Для учета потока также можно ввести нормировочный коэффициент, пропорциональный потоку отходящих газов.

N(t)=\frac{F_{\text{отх}}(t)}{\overline{F}_{\text{отх}}},\qquad F_{\text{отх}}(t)=F(t)\left(1+\frac{1}{\alpha(t)}\cdot\frac{\Delta V}{V^0}\right),\qquad \Delta V=V^0_{\text{отх}}-V^0+1.24w

где

V⁰ и V⁰_отх – удельные стехиометрические объемы воздуха и дымовых газов, нм3/кг
w – влажность, доли.

Для сравнения печей по СО необходимо привести концентрацию СО к неразбавленным дымовым газам (или выразить в абсолютных единицах). Потому что печи могут работать с разными избытками воздуха (из-за разной конструкции топки и/или особенностей эксплуатации). Для этого достаточно домножить получившуюся величину на текущий избыток воздуха.

Таким образом, нормированная концентрация СО в неразбавленных ДГ:

CO^{\text{norm}}_{\text{undil}}(t)=CO(t)\cdot N(t)\cdot\alpha(t)

Эту величину уже можно усреднять.

Потери от химической неполноты горения

Образование СО при горении вызывает потери тепла (Q₃, по общепринятым обозначениям), т. к. сам моноокид углерода обладает значительной теплотой сгорания равной 67,7 ккал/моль . Наиболее доходчиво о вычислении этих потерь рассказано в , но там речь о газе, мазуте и угле.

Выведем формулу для Q₃ для дров:

Q_3 = \frac{1}{Q_w}\cdot 67.7\,\frac{\text{ккал}}{\text{моль}}\cdot\frac{1000\,\text{л}/\text{нм}^3}{22.4\,\text{л}/\text{моль}}\cdot V^{\text{сух}}_{\text{отх}}\,\frac{\text{нм}^3}{\text{кг}}\cdot[CO]

где

Qw — теплота сгорания древесины, влажностью w,
$V^{\text{сух}}_{\text{отх}}$ — удельный стех. объем сухих продуктов горения древесины, влажностью w,
— концентрация СО в неразбавленных ДГ, доли.

Поскольку

Q_w=\frac{1}{1+w}(4500-583w)\,\frac{\text{ккал}}{\text{кг}},\qquad V^{\text{сух}}_{\text{отх}}=\frac{1}{1+w}\cdot4.55\,\frac{\text{нм}^3}{\text{кг}}

То выражение (18) можно свести к виду:

Q_3=\frac{13741}{4500-583w}\cdot[CO]

Или пренебрегая небольшой поправкой на влажность (583w):

Q_3=3.05\cdot[CO]

Величину концентрации СО надо подставлять приведенную к неразбавленным дымовым газам и в долях единицы, при этом величина потерь также получается в долях единицы.

К примеру, если = 5000 ppm (ppm = part per million), то потери на неполноту сгорания составят 3,05*5000*10-6*100% = 1,5%

Литература

1) Краткая химическая энциклопедия, М., 1967 т. 5, стр. 318
2) Равич М. Б. Эффективность использования топлива, М., 1977 стр. 109

кладке печи-камина

12 апреля, 2011

Подгородников И. С. — изобретатель и конструктор печей
В последние 10 — 15 лет большое распространение получили печи с бесканальной конвективной системой, так называемые колпаковые печи. На мой взгляд, это произошло в первую очередь, потому, что такие системы обладают очень гибкой архитектурой и открывают большие возможности для построения печей различной конфигурации. С появлением интернет форумов на печную тематику начались (непрекращающиеся и до сих пор) споры о том какая конвективная система для кирпичных печей предпочтительнее. Таким образом, тема колпаковых печей еще больше стала набирать обороты. Основоположником этого направления был известный металлург Владимир Ефимович Грум-Гржимайло (1864—1928), а продолжателем его дела стал его ученик Подгородников И. С, разработавший довольно много конструкций, а также концепций печей, которые широко применяются и сейчас.

Таким образом, несмотря на то, имя Подгородникова было у всех на слуху, и что было издано много книг с его чертежами и проектами печей, о жизни изобретателя было практически ничего не известно, не было даже его фотографии. В связи с этим при подготовке выставки «Салон каминов 2007» было решено найти его дочь — А. И. Подгородникову, которая занималась издательством его книг. Лично для меня это было важно еще и потому, что свое знакомство с печным делом я начал как раз с книги И.С. Подгородникова. Биография, представленная здесь написана ей, фотографии также из ее личного архива. Надо заметить, что она очень обрадовалась тогда тому, что дело ее отца не забыто, и всей душой переживала за печное дело в нашей стране. Алла Иосифовна Подгородникова скончалась 31.07.2009

Биография

Подгородников И.С., 1940 г.

Реальное училище, Могилев, 1900 г.

Перед уходом на Украину 1919 гг.

Помощь соседям в постройке печи, 1953 г.

Последние годы жизни.

Подгородникова Алла Иосифовна 14.11.1924 — 31.07.2009

Изобретатель И. С. Подгородников (Подгородник) – автор и основоположник серии двухколпаковых бытовых печей родился в городе Могилеве в Белоруссии в семье столяра 21 сентября 1886 г. Окончил там реальное училище, а затем учился в Технологическом институте в Петербурге. Закончив его, в предреволюционные годы поступил работать на Путиловский судостроительный завод как инженер-теплотехник. Первая мировая война и затем революция резко изменили работу завода и жизнь его работников.

Проанализировав обстановку, и поняв, что делать ему здесь больше нечего Подгородников в 1919 г. отправился на Украину, чтобы может быть добраться до Крыма, а оттуда на пароходе попасть в Европу, где могли бы пригодиться его знания. Дорога оказалась трудной, приходилось подрабатывать пастухом, лесорубом, печником. В Новгородской губернии он нанялся к богатому мужику убирать урожай. Прошлое казалось обрезанным, Россия убита и вряд ли встанет на ноги, а значит его жизнь, хорошего знающего инженера лишается смысла. Зачем оставаться в стране, которая не ценит своих людей? Около Елизаветграда его остановил красноармейский патруль, заподозрив в нем деникинского шпиона.

Только случайно он не погиб, один из патрульных, что постарше просто вывел его на дорогу и отпустил. Не веря своему освобождению, он направился уже не в Крым, а к Елизаветграду, где жили его белорусские знакомые. Там встретил свою будущую жену, а через некоторое время после свадьбы молодожены вернулись в Белоруссию, в Шклов.

Там И. С. Подгородников устроился работать теплотехником на бумажную фабрику. Столкнувшись сначала в своих скитаниях, а потом и в быту с неважной работой кирпичных отопительных печей, которые плохо прогревались, быстро остывали, и не прогревали низа помещения он, наблюдательный и склонный к анализу человек, стал думать об их усовершенствовании. И с 1926 г. вплотную занялся усовершенствованием печей. Своими наблюдениями и сомнениями И. С. делиться с проф. В. Е. Грум-Гржимайло, выдающимся инженером- металлургом, автором гидравлической теории движения газов. Ведет с ним переписку, строит в Шклове его печи, и ездит в Москву. В 1928 г. Подгородников получает приглашение перейти на работу в Московский проектный институт «Стальпроект» с предоставлением квартиры в доме сотрудников института.

Основной работой И.С. было проектирование металлургических печей, а свободное время он вместе с В. Е. Грум-Гржимайло посвящал разработке, усовершенствованию и кладке комнатных печей. В основу была положена одноколпаковая печь В. Е. Грум-Гржимайло (впоследствии оказавшаяся нежизненной). Недостатки учитывались, конструкции менялись, но принцип оставался одноколпаковым. После смерти В. Е. Грум-Гржимайло в конце 1928 г. Подгородников продолжал заниматься металлургическими печами, а бытовые конструировал в нерабочее время дома. О том, насколько интересовала его эта деятельность, говорит тот факт, что на выделенном их семье дачном участке было построено несколько экспериментальных печей, в сарае и на улице. Поиски, раздумья и исследования привели его к мысли о необходимости делать печи не с одним, а с двумя колпаками. Как оказалось впоследствии, это была революция в конструировании отопительных печей.

Так 1950-55 гг. в г. Семипалатинске по инициативе председателя Горплана Лурье почти во всех общественных зданиях (школах, больницах, детсадах и т. д.) отопительные печи были заменены новыми, двухколпаковыми. Причем они имели герметичные дверки и металлические кожухи. Результат экономии топлива был потрясающий, расходы на печное отопление значительно сократились.

Одной из целей изобретателя было усовершенствование широко распространенной русской печи. Такие попытки предпринимались и ранее, но оказались безуспешными. Только применение теории вольного движения газов позволило решить задачу, и в 1929-30 г. была создана русская печь, прогревающаяся от пола до потолка, названная «Крестьянская Теплушка», и завоевавшая огромное признание в народе.

В конце войны, в командировке по восстановлению металлургических печей в Запорожье, он тяжело заболел, а после ее окончания перешел на работу в Академию Коммунального Хозяйства им. Памфилова К. Ю. Здесь в качестве старшего научного сотрудника 1946-48 г.г. принимал участие в исследованиях сборных печей, а также занимался работой по созданию рациональной отопительной печи длительного горения на твердом топливе, результатом которых стало появление кафельной печи АКХ-9, поставленной на массовое производство на заводе КЗПСМ в Катуаре.

Собрав материалы исследований, Подгородников в 1950 г. защищает в АКХ кандидатскую диссертацию на тему «Конструирование отопительных печей и связанный с ними тепловой режим помещения», итог 24-х летней работы автора. Исследование печей проводились с помощью гидравлических моделей, методом, предложенным акад. М. В. Кирпичевым. Результаты подтвердили правильность теоретических предпосылок при проектировании печей на основании теории вольного движения газов. Показателен также последний абзац диссертации: «Своей работой я укрепил национальное начало в конструкции бытовых печей, развил и углубил новый принцип, вложенный проф. В. Е. Грум-Гржимайло в конструкцию комнатной печи – вольное движение газов, основоположником которого является М. В. Ломоносов».

К сожалению не все идеи были доведены до реальных конструкций, не был написан задуманный им учебник по печному делу. 17 января 1958 И. С. Подгородников скончался. Кроме ряда модификаций русской печи «Теплушка» в жизнь вошли печи другого назначения – отопительные (двухъярусный колпак), отопительно-варочные (ИП-1, ИП-2), кухонный очаг колпаковый, печь длительного горения. Лучшей проверкой рациональности конструкций были сотни писем (в первых изданиях своих книг он указывал адрес), получаемых им от печников и граждан, построивших эти печи в разных районах СССР. Это были выражения благодарности, просьбы выслать чертежи, вопросы по кладке.

При жизни автора было издано несколько книг с чертежами печей и их описанием. Было получено 19 авторских свидетельств на печи различных конструкций, хотя в 1940-е годы Госкомтехника отклонила заявку Подгородникова И.С. на изобретение «Двухэтажного колпака», противопоставив похожую печь, опубликованную в 1939 г. Причины этого объяснены в его диссертации. К сожалению, замечательные печи, разработанные автором, так и не вошли ни в один из альбомов рекомендуемых к строительству печей Госстроя СССР, кроме одной из моделей Теплушки (она имела Госстроевскую индексацию ПР-4500Н). Официальными органы воспринимали его как кустаря – одиночку.

После его смерти изданием книг занималась его дочь — Подгородникова Алла Иосифовна. Некоторые мотивы из жизни автора использовал его сын Михаил Иосифович в своей книге «Коридор» (М. Советский писатель 1990), посвященной жизни старого московского дома в одном из арбатских переулков.

А. И. Подгородникова «О характере отца».

Отец был интересным человеком, его контактность привлекала всех, с кем он был знаком. Очень наблюдательный, отзывчивый, он умел анализировать, выделяя главное. Неравнодушие, желание улучшить, ликвидировать недостатки всегда приводило его к помощи другим людям. Так, во время эвакуации в г. Орске Оренбургской области, в местной пекарне хлеб выпекался сырой, непропеченный. Отец предложил свою помощь в наладке печи. В результате появился хорошо выпеченный вкусный хлеб. А он в награду получил мешок проса, который надо было еще ободрать до пшена.

У соседки по даче перед войной арестовали мужа — осталась она одна с двумя детьми в продуваемой щитовой даче. Отец помог ей утеплить дом, и специально для нее разработал печь длительного горения. Позже этой печью заинтересовались на Катуаровском заводе. В Москве, в сыром повале флигеля переделав существующую печь удалось превратить холодное, почти не пригодное для жилья помещение, в теплое и уютное, совершенно изменив быт жильцов.

Вспоминается еще такой случай. Тяжелый военный 1942 год. Весна. Южноуральский городок Орск, где мы жили, оказался во власти половодья. Разлились реки Орь и Урал. Орск погибал — саманные домишки расползались, люди тонули. Наш сосед, мужчина лет шестидесяти, живший в более высоком, чем у нас доме оплакивал свою судьбу, сидя на крыше. На что же было надеяться нам. Перебравшись на соседский чердак, отец стал собирать всякие плавсредства — бочки, бревна и связывать плот для спасения людей. К счастью городские власти на лодках вовремя успели снять нас с крыши.

Так действовал отец, и это осталось хорошим уроком для нас на всю жизнь. В трудные времена нельзя терять волю и упорство, необходимо действовать.

Библиография
1. Подгородников И. С. Печи домашнего обихода системы проф. В. Е. Грум-Гржимайло. М, 1929
2. Теплушка-1. Русская печь системы проф. В. Е. Грум-Гржимайло и инж. Подгородникова М, 1936
3. Подгородников И.С. «Русская печь «Теплушка-2», М., Минкоммунхоз РСФСР,1946
4. Подгородников И.С. Русские печи «Теплушка-2» и «Теплушка-4» 158 с., М., Минкоммунхоз РСФСР, 1956
5. Подгородников И.С. Русские печи «Теплушка-2» и «Теплушка-4» 2-е изд., 154 с., М., Минкоммунхоз РСФСР, 1957
6. Подгородников И.С. Бытовые печи (Теплушка, типа «голландки», «шведки», кухонный очаг) 3-е изд., 223 с., М., Изд. Минкоммунхоз РСФСР, 1960
7. Подгородников И.С. Бытовые печи двухколпаковые 4-е изд. перераб. и доп. 160 с.М., «Колос», 1992
8. Подгородников И.С. Как сложить печь 5-е изд. перераб. и доп.190 с. М., Новая Волна, 1998
9. Подгородников И.С. Печь всему голова 6-е изд. перераб. и доп. 190 с. Новая Волна, 2001
10. Подгородникова А. Колпаковый очаг, «Сельское строительство», №9, с.50-52 1989
11. Подгородникова А. Печь «Двухъярусный колпак», «Сельское строительство», с.50-52 №10, 1989
12. Подгородникова А. Усовершенствованная русская печь «Теплушка», «Сельское строительство», №12, с.46-47, 1989
13. Подгородникова А. Устройство печи «Теплушка 15» и обращение с ней «Сельское строительство», №1, с. 50-52, 1990
14. Подгородникова А. «Теплушка 15» размером 154х141 см, «Сельское строительство», №2, с.50-52, 1990
15. Подгородникова А. Устройство печи «Теплушка 2» и обращение с ней, «Сельское строительство», №4, с.50-53, 1990
16. Подгородникова А. Устройство печи «Теплушка 4» и обращение с ней, «Сельское строительство», №5, с.46-49 1990
17. Подгородникова А. Устройство печи «Теплушка 4» размером 154х141 см. системы инж. Подгородникова, «Сельское строительство», №7, с.30-34, 1990
18. Подгородникова А. Устройство печи «Теплушка 9» и обращения с ней, «Сельское строительство», №8, с.33-35, 1990
19. Подгородников И. С. Печи длительного горения, «Сельское строительство», №1, с.32-34, 1992
20. Подгородников И. С. Печь для бани (разработка в 1932г.), «Сельское строительство», №1, с.34, 1992
Принцип работы бесканальных (колпаковых) печей.

Ю. М. Хошева

«Дачные бани и печи»

Рис. 1. Движение газов в колпаке.

Любая печь состоит из топливника, конвективной системы и дымовой трубы. Задача топливника – полностью сжечь топливо, а конвективная система (КС) служит для поглощения выделившейся в процессе горения теплоты. Дымовая труба нужна для удаления продуктов горения. Одна из классификаций печей предусматривает их деление по типу конвективной системы. Причем существуют два больших класса — печи с канальными и бесканальными (или колпаковыми) КС. Понимание принципа работы канальных КС не вызывает затруднения, и вытекает из названия. Горячие газы, вышедшие из топливника последовательно протаскиваются по дымооборотам системы (вертикальным и/или горизонтальным), передавая стенкам печи тепло.

Работа бесканальных КС основана на т. н. вольном движении газов. (Этот термин ввел М. В. Ломоносов, при исследовании движения воздуха в шахтах рудников.) Основная идея очень проста (Рис. 1) – струйка горячего газа в окружении холодного, как более легкая поднимается, а струйка холодного газа в окружении горячего опускается. Очень наглядно это можно увидеть, если пустить дым от папиросы в перевернутый вверх дном стакан. Дым будет подниматься вверх, а достигнув дна, станет охлаждаясь опускаться вдоль стенок стакана. Характерно, что хотя в системе нет никаких каналов, дым омывает все возможные внутренние поверхности. Другим замечательным свойством колпаков является то, что холодный газ не может продуть нагретый колпак. В канальных системах газы любой температуры протягиваются через все дымообороты. Т. е. колпаковые печи как бы имеют автоматическую газовую задвижку, и менее чувствительны к неаккуратной эксплуатации. И, наконец, колпаковые печи обладают очень небольшим газовым сопротивлением, что позволяет делать печи с невысокими трубами.

Двухколпаковые печи

Рис. 2. Двухколпаковая печь.

Печи, построенные по одноколпаковой схеме, предложенной В. Е. Грум–Гржимайло, обладали рядом недостатков – верх печи прогревался сильнее, т. к. наиболее горячие газы скапливались под перекрышей колпака. Кроме того, печь зарастала сажей потому что, из небольшого по размеру топливника недогоревшие газы выпускались в колпак, где сразу эффективно охлаждались. Этих недостатков лишены двухколпаковые печи, сконструированные И.С Подгородниковым. На Рис. 2 показана схема такой печи. Она разделена по горизонтали на две камеры — колпака. Нижний колпак является продолжением топливника и обеспечивает догорание газовой смеси (им поглощается около 80 % тепла), а верхний аккумулирует оставшееся тепло. В результате хорошо прогревается низ печи, и сажа практически не образуется. Синими стрелками на Рис.2 показано движение холодного воздуха в протопленной печи, возникающее при несвоевременном закрытии задвижки. Видно, что этот воздух охлаждает лишь небольшую часть печи, не затрагивая основную часть колпаков.

Устройство русских печей и их эволюция

На Рис. 3 показана обыкновенная русская печь, которую клали повсеместно, как в простых избах под штукатурку, так и в господских домах под облицовку изразцами. Кладку печи обычно выполняли целиком из красного печного кирпича. Печь достаточна проста по устройству, но очень функциональна – позволяет готовить пищу в течение длительного времени, выпекать хлеб (на 1 кв. м. пода за раз можно выпечь около 20 кг хлеба), сушить грибы и ягоды, вялить и коптить продукты, распаривать древесину и пр. Тем не менее, как отопительный прибор она имеет существенный недостаток – печь прогревается только выше пода. Нижняя часть печи – т. н. опечье (у некоторых печей оно деревянное) служит для хранения хозяйственного инвентаря. В итоге низ помещении, пол плохо прогреваются, стены внизу отсыревают. Чтобы этого избежать, часто к русскими печами присоединяют металлическую печь – буржуйку, но это достаточно неудобно и пожароопасно.

Рис. 3. Схема Русской печи.

Следующим этапом в развитии русских печей явилось прибавление к печи отдельной топки. Появилась т. н. русская печь с подтопком. Обычно эта топка располагается под шестком, а сам шесток перекрыт варочной плитой. Горячие газы из подтопка направляются в дымообороты, расположенные по одной или нескольким стенкам печи. Фактически, такая печь представляет собой две печи, объединенные в один массив. В результате ситуация с отоплением улучшилась. Но теперь, если требовалось приготовить пищу в горниле, приходилось топить и горнило и подтопок. При топке одного только подтопка горнило не нагревалось, точно также и при топке горнила, низ печи оставался холодным. Это представляло значительные неудобства.

Улучшенная русская печь Крестьянская Теплушка

Попыток усовершенствования русской печи было множество. В 1927 году Наркомзем СССР даже объявил конкурс на улучшенную русскую печь. Первые призовые места заняли печь, разработанная во Всесоюзном теплотехническом институте им. Дзержинского, а также печь конструкции Грум-Гржимайло и Подгородникова, которая послужила прототипом печи «Крестьянская Теплушка». Существенное ее достоинство в том, что одновременно с прогревом варочной камеры нагревается и нижняя часть печи.

Рис. 4. Разрезы печи Теплушка.

Печь построена по бесканальной схеме. Внешне она почти не отличается от обыкновенной русской, за исключением того, что в одном из углов расположен топливник. Разрезы печи показаны на Рис. 4. Она представляет собой камеру — колпак, ограниченную сверху сводом, а снизу дном печи. Этот колпак разделен подом на верхнюю варочную камеру (горнило) и нижнюю отопительную камеру. Под печи опирается на отдельно стоящие кирпичные столбики. Со дна отопительной камеры начинается труба, проходящая через шесток и снабженная печной задвижкой. Также как и русская печь, Теплушка имеет устье, перетрубье – дымосборник над устьем и вентиляционную задвижку. Выше задвижек две трубы сведены в одну. Кроме того, имеется топливник, расположенный в одном из углов печи.

При топке печи устье печи закрыто заслонкой. Вентиляционная задвижка тоже закрыта. Дрова сжигаются в топливнике, на колоснике. Горячие газы из топливника направляются под свод, омывают его и через отверстия, расположенные по периметру пода, попадают в нижнюю отопительную камеру. Остывая, газы опускаются ко дну печи, откуда отсасываются дымовой трубой. Печь можно также топить и как обычную русскую. Это целесообразно делать в теплое время года, когда, например, планируется выпечка хлеба. В этом случае через устье можно любоваться открытым огнем. При топке по-русски печную задвижку закрывают, а вентиляционную открывают. Дрова сжигают на поду.

Таким образом, сохраняя все достоинства русских печей, Теплушка имеет в 2.5 раза большую поверхность нагрева, быстрее вытапливается, т. к. топливник снабжен колосником, прогревает низ помещения. Кроме того, варочная камера Теплушки остывает медленнее, чем у русской печи, потому что под также подогревается и снизу. При регулярной двухчасовой топке раз в сутки температура в горниле не падает ниже 90 град, что позволяет готовить пищу в течение длительного времени после топки. Без преувеличения можно сказать, что на сегодняшний день Теплушка – лучшая печь для сельского быта.

Отзывы

В первых изданиях книг автор указывал свой домашний адрес, приходили сотни писем с благодарностями, просьбами выслать чертежи и пр. Приведем два из них.

Бухгалтер Брагин Е. Г. 62-х летнего возраста из совхоза им. Энгельса Пензенского округа, построивший у себя Теплушку, в письме от 20 апреля 1930 г. пишет: «Дровами топим при закрытой дверке три с половиной месяца – с 12 декабря по 1 апреля. Израсходовано всего дров 3 куб. м. тогда как в других помещениях такого же размера и в таком же доме при наличии обыкновенной русской печи и голландки израсходовано дров по 8 куб. м. И в результате в моей квартире было всегда равное одинаковое тепло, а у моих соседей на полу чуть не замерзала вода. В моей квартире пол всегда был теплый, ходить по нему босыми ногами доставляло удовольствие, как летом. Мое заключение: печь во всех отношениях удобна и не дорогая; сбережет топлива наполовину, что составит большие миллионы для нашего Союза. Необходимо, не откладывая в долгий ящик, в порядке постановления правительства, сразу построить во всех крестьянских домах Союза такие печи, хотя бы пришлось идти на помощь крестьянам, выдавая им ссуды, а беднякам безвозвратно, для чего выпустить государственный заем «Крестьянская теплушка». Медлить нельзя. Топливный кризис все увеличивается».

Отрывок из акта от 12 июня 1945 г. комиссии Академии коммунального хозяйства и Управления по делам архитектуры при С. М. РСФСР, обследовавшей работу «Теплушки». Марфа Ивановна Пугачева сообщила: «Печь Подгородникова она построила в 1929 г. И та прекрасно у нее работала до 1939 г. Затем деревенский печник убедил ее заменить русскую печь Подгородникова (1.3 на 1.7 м.) на более компактную шведку. Построенная шведка эта ее не устраивала ни по величине теплоотдачи, ни по пищеварительным своим свойствам, поэтому в 1944 г. Она ее сломала и поставила русскую печь с плитой в шестке, конструкции местного печника, что она вынуждена была сделать ввиду смерти печника, сложившего ей печь т. Подгородникова и ввиду отсутствия у нее чертежей «Теплушки».

В настоящее время ей ясно видно, что лучшей печью была печь Подгородникова – ее топили не только дровами, но и антрацитом. Топили всегда только раз в сутки; в доме было тепло: она приписывала это теплым конструкциям стен; теперь видит, что дело было в печи. Шведку приходилось топить два раза в сутки. Управление задвижками было очень простое; летом часто она топила печь как обычную русскую, т. е. огонь разводила прямо на поду печи, а не в топке. Последней пользовались зимой и при больших готовках. Если бы у нее была возможность, она с радостью заменила бы существующую печь опять на печь Подгородникова».
27 марта, 2011
Ремонт русской печи «Теплушка»
Русская печь Теплушка Подгородникова в Медвежьих Озерах была построена в недостроенном доме. После этого в течение зимы ее топили строители, доканчивающие внутреннюю отделку дома, сжигая там остатки пиломатериалов. В результате в кирпичной кладке печи образовались трешины и я был вызван на ремонт.

Из-за перегрева провалилась арка перекрытия окна шестка. На задней стенки печи, несмотря на то, что она была двойной, образовались значительные трещины. На правой стенке над дверкой появились волосяные трещины. Потребовалось несколько дней чтобы исправить ситуацию.

Фотографии ремонта печи

Арка перекрытия шестка.

Скорее всего от перегрева раздвинулись боковые стенки печи и поэтому просела арка перекрытия окна шестка. Печь топили в основном через топочную дверку, а не «по-русски».

Кирпич арки шестка.

Кирпич выпал вниз на пару сантиметров.

Трешины в кирпичной кладке печи.

Трешины в кирпичной кладке на задней стенке выглядят весьма неприятно и требуют ремонта.

Ремонт печи. Небольшие трешины над дверкой.

Трещины над топочной дверкой в пределах допустимого.

Ремонт печей. Перекрытие заменено.

Для ремонта перекрытия кирпичная кладка дымосборника печи была разобрана, затем перекрытие заменено на прямое. Изнутри оно опирается на уголок L63. Надо признать, что хотя это менее эстетично по сравнению с арочным перекрытием, такое решение гораздо надежнее.

Кладка задней стенки печи разобрана.

В ходе ремонта разобрана кирпичная кладка задней стенки печи. Можно внимательно изучить состояние внутренних поверхностей горнила.

Перекрытие свода печи по уголкама дает возможность даже заменить свод, не разбирая верхнего яруса.

Ремонт печей и каминов. Отколот кирпич.

Напротив хайла (выхода газов из топливника в горнило русской печи) самое температурно — напряженное место. Край пяты из витебского печного кирпича откололся от перегрева. После ремонта печной кладки задней стенки в это место будет установлена защита из шамотного кирпича.

Внутри горнила русской печи Подгородникова.

Взгляд в горнило….с обратной стороны.

Ремонт русской печи. Собрана задняя стенка.

Ремонт кладки задней стенки печи. Пяты внутренней стенки заменены на шамотные. Сама внутренняя стенка также теперь из шамота. (При этом наружная стенка стала существенно быстрее прогреватся.) Свод отделен от задней стенки прокладками из минерального картона для компенсации расширения. Дополнительно, для перестраховки кладка задней стенки печи стянута шпильками М10.

Сложить печь. Уголки для перекрытия.

Уголки под перекрытие полки печи установлены с учетом зазора на продольное расширение.

Сложить печь. Уголки, вид сверху.

Уголки перекрытия, вид сверху.

Кирпичи задней стенки печи.

Кирпич внутренней стенки горнила. Все(!) кирпичи этой стенки имели одну или несколько трещин, и, зачастую, разламывались на куски в руках. Хотя печь и была перегрета, можно сделать вывод, что лучше отказатся вообще от использования красного кирпича горнилах русских печей, при наличии такой возможности.

На ремонт было затрачено 5 дней. В настояшее время эту русскую печь регулярно эксплуатируют как для обогрева, так и для приготовления пищи. Каких либо нареканий со стороны заказчика нет.

Выводы после ремонта
- Для пользователей печных конструкций. Не стоит доверять топить ваши печи рабочим, сколько бы убедительными не были их заверения об аккуратном обращении. Это послужит причиной скорого их ремонта — проверено многократно. Точно также, как вряд ли вы позволите им ездить на своей новой машине. За рубежом в таких случаях аннулируются все гарантии на печь. Правила эксплуатации печи — как топить русскую печь
- Для печников. Не стоит применять красный кирпич в горниле русской печи. Встречающееся расхожее мнение о том, что шамотный кирпич вреден в горниле русской печи, т. к. выделяет что-то нехорошее при нагревании не имеют под собой почвы и являются обыкновенным суеверием. Во-первых, шамотный кирпич изготовлен из минерального сырья (специальной глины), а во-вторых он уже обожжен при температуре 1700 С, и все что могло выделиться уже выделилось.
…таракан запечный…
3 февраля, 2011
Теплушка Подгородникова в Медвежьих Озерах

Конструкция русской печи «Теплушка», основанная на разработках И. С. Подгородникова. Главное отличие от традиционной русской печи – прогрев кладки ниже уровня пода. Размер в плане 5,5 на 5,5 кирпичей (140 на 140 см). Поверх свода расположен дополнительный колпак, улавливающий тепло дымовых газов. Возможны два режима работы печи. 1) Дрова горят в топливнике. При этом, прогревается весь массив печи – горнило, нижняя отопительная камера и верхний колпак. Это наиболее экономичный режим. 2) Дрова горят на поду. Прогревается только варочная камера – горнило печи. Режим полезен, если не стоит задача отопления, но необходимо приготовить пищу.

Материалы

красный печной кирпич

Фотографии

Пятый ряд. Отопительная камера. Столбики, на которые будет опираться под печи. В нижнем углу переточный канал в верхний колпак. Канал имеет две подвертки, шириной 13 см и высотой 2 и 3 ряда. Прямые углы в местах поворота газов закруглены для уменьшения сопротивления. На этом ряду будет установлена топочная дверка. Колосник заглублен на 2 ряда относительно топочной дверки, что бы опустить зону прогрева как можно ниже. Его передний край опирается на арматурный прут д 25 мм, устанвленый в кладку с зазорами. Видны три чистки, расположенные на первом ряду. Столбики напротив чисток немного сколоты для удобства выгребания уносной золы со дна отопительной камеры.

Десятый ряд. Подготовка к настилке пода. Под в Теплушках обычно перекрывается за три ряда. Сначала соединяются столбики (как в этом ряду) и затем настилается два сплошных ряда кирпича. За эти три ряда также заужается выход из топливника (хайло)в горнило до сечения 25 на 38 см. Это сделано для увеличения площади пода, Для того чтобы при топке по-русски в хайло не проваливались дрова. В правом нижнем углу переточный канал.

Одинадцатый ряд. Первый сплошной ряд пода. Кирпичи в передней стенке печи сдвинуты на 3 см для образования декоративного карниза. Топочный колодец на всей высоте отделен от внешней кладки из красного кирпича базальтовым картоном.

Двенадцатый ряд. Под настелен и пришлифован. В передней стенке печи декоративный карниз со срезанными уголками, выступающий на 6 см. По периметру пода оставлено пять отверстий (одно слева, одно сзади и три справа) для прохода газов из горнила в нижнюю отопительную камеру.

Пятнадцатый ряд. Видны пяты, установленные на четырнадцатом ряду, отверстия для прохода газов в отопительную камеру. Сформировано устье и шесток. Щечки устья изнутри спилены на угол. Это сделано для удобства установки посуды в небольшое по размеру горнило. Сзади и справа от хайла положены огнеупорные кирпичи (они не подпирают пяты), защищающие пяты свода.

Тот же ряд, вид с другой стороны.

Разметка кружала для кладки арки перекрытия окна шестка. Отмечается ширина перекрываемого проема, задается необходимый подъем арки (свода) и с помощью веревки подбирается радиус окружности. Затем строится внутренняя окружность и внешняя, больше на 12 см — высоту кирпича. Далее внешняя окружность разбивается на равные (желательно) доли, шириной не более 7 см (толщина кирпича + шов). После этого в эти точки проводятся радиусы для контроля кладки клиновых кирпичей.

Кладка арки перекрытия окна шестка.

Арка закончена. Выложен свод. Выше перекрытия окна шестка формируется дымосборник (перетрубье) печи. Слева вверху виден переточный канал, справа будет устроена небольшая ниша.

Свод закрыт сплошным рядом кирпича. Этот ряд положен на уголки (полка 40), и не опирается на свод. Между верхней точкой свода и уголками зазар в 1,5-2 см. Традиционно перекрытие русской печи опирается непосредственно на свод (и засыпку боковых полостей), однако при нагревании свод расширяется и, соответственно, поднимается, что нередко (практически всегда) приводит к трещинообразованию в лежанке русской печи. Расширение свода заметно на глаз, если топить печь без верхних рядов перекрытия. В продольных швах свода образуются трещинки (до 1 мм), смыкающиеся при охлаждении печи.

Шесть рядов верхнего колпака. Перетрубъе постепенно сводится к сечению 25 на 25 см. Справа он него устроена ниша. В колпаке отделена дымовая труба печи (13 НА 25 см), у нее 2 подвертки, такие же как и в нижней камере у переточного канала. Дымоход печи сначала будет двухканальным (вытяжка от перетрубъя и собственно труба), во втором этаже оба канала будут сведены в один, сечением в кирпич. Такое решение вызвано необходимость сместить трубу к задней части печи для прохода стропил дома.

Печь готова, пробная топка «по-русски».

Печь в режиме эксплуатации. Сажа в горниле полностью выгорает.

29 января, 2011
Хлеб в русской печи
Растопка русской печи.

Растопка русской печи.

Огонь в русской печи.

Русская печь

Описанная закладка дров сгорает примерно за час, при этом свод русской печи из печного кирпича или из шамота сначала покрывается сажей, а по мере прогрева сажа начинает выгорать, и свод белеет. Чистый от сажи свод является одним из критериев готовности печи для выпечки хлеба. При одинаковой толщине поленьев на поду остаются только угли, которые сгребают кочергой в кучу для более интенсивного прогорания. Если же осталась головешка, то ее лучше извлечь и затушить, либо подбросить мелких щепок для того чтобы она догорела как можно быстрее, а печь не охлаждалась избытком воздуха. После некоторого прогорания кучи углей их наоборот раскидывают по поду для уменьшения их температуры и невозможности выделения угарного газа. Теперь можно закрыть устье печи заслонкой, а трубу задвижкой. Трубу можно закрыть и позже (для перестраховки от угара), главное вовремя закрыть устье, чтобы горнило не охлаждалось. Теперь печи необходимо выстоятся некоторое время для выравнивания температуры в горниле. Непосредственно перед загрузкой формой с тестом в печь можно выгрести золу из горнила, либо просто сдвинуть ее к одной из стенок.

Хлеб — готовим в русской печи

Привожу способ, по которому я выпекаю хлеб. Обычно делаю ржано-пшеничный хлеб с содержанием пшеничной муки от 30 до 50 %. Чем больше пшеничной муки, тем более сдобным получается хлеб и тем проще работать с тестом — оно лучше поднимается и лучше отстает от рук. Последнее объясняется наличием клейковины в пшеничной муке, в ржаной муке она отсутствует. Но ржаной хлеб полезнее. В продажном черном хлебе (кроме Бородинского и некоторых других сортов) содержание пшеничной муки от 15 до 30 % (по данным хлебозавода г. Озеры). Хлеб, приготовленный целиком из пшеничной муки высшего сорта, получается очень сдобным.

Примерное соотношение ингредиентов для небольшого каравая:
- Мука ржаная 2 стакана
- Мука пшеничная 1 стакан
- Вода 1 стакан
- Дрожжи 0,5 ч. л.
- Соль 1 ч. л.
Пшеничную муку лучше брать второго сорта, или даже цельную, с отрубями. В муке высшего сорта присутствует около пяти химических добавок для ее отбеливания, длительного хранения и пр. Есть надежда, что чем ниже сортность — тем меньше в муке химических добавок. Дрожжи использую как сухие, так и живые. Последние мне нравятся больше. В старину, по разным данным, для закваски использовали квасную гущу, капустный рассол, остатки теста от предыдущего замеса. На хлебозаводе г. Озёры (по словам технолога) пользуются специальной культурой дрожжей, которая поставляется из некоего института, расположенного в Санкт-Петербурге. На этих дрожжах замешивается опара, и большая ее часть идет на тесто, а остаток (т. н. головка) оставляется до следующего раза. Потом в него добавляют муку и воду для получения новой опары и т. д. Таким образом, происходит до тех пор, пока культура не мутирует. Затем повторяют все сначала.

Форма с тестом на шестке русской печи.

Форма с готовым хлебом на шестке русской печи.

Хлеб.

Тесто

Последовательность действий для приготовления небольшого каравая. Возьмем кастрюлю на три литра (чтобы тесто не убегало объем посуды должен быть в 3 — 4 раза больше объема теста), вольем 1 стакан теплой воды и разведем в ней 0,5 — 1 ч. л. без горки сухих дрожжей и 1 ч. л. сахара (это чтобы дрожжам жилось веселее). Всыпем туда полстакана пшеничной муки и хорошо размешаем. Это опара. В жидкой опаре дрожжи размножатся быстрее, чем в тесте. Закроем кастрюлю крышкой и оставим в теплом месте часа на два. За это время дрожжи оживут, и опара покроется пеной. Теперь добавим чайную ложку соли и остальную муку — полстакана пшеничной и два стакана ржаной и месим потихоньку. Последние порции муки добавляем понемногу, чтобы не пересыпать. Тесто не должно быть очень крутым (оно может немного прилипать к рукам, в отличии от пшеничного) иначе оно плохо поднимется, и хлеб будет «тяжелый». Закроем кастрюлю и оставим в теплом месте. Когда тесто увеличится в объеме, опустим его и вымесим еще раз. Возможно, придется добавить немного ржаной муки. Желательно чтобы тесто подошло два-три раза. Я обычно ставлю тесто утром, а выпекаю вечером. А можно так: тесто — вечером, а хлеб утром.

Пироги из русской печи.

Пироги из русской печи.

Пироги из русской печи.

Выпечка хлеба в русской печи

Примерно через 40 — 60 минут (время зависит от температуры и размера формы) можно доставать. Достав хлеб из печи надо несколько раз спрыснуть водой верхнюю корку, вынуть хлеб из формы и завернуть в ткань. Если оставить его остывать в форме, то влага, конденсируясь на внутренних поверхностях формы, размочит корку. Сразу не есть, остудить немного сначала. Очень горячий хлеб кажется непропеченным. В отличие от хлеба пироги пекутся быстрее — около 20 25 минут. Пицца готовится еще быстее 2 — 5 минут. Однако, она, как и русские блины, выпекается не в остывающей печи как хлеб и пироги, а в горящей.

Посадка форм с хлебом на сельском хлебзаводе. Источник: интернет

Приготовление пиццы в печи. Источник: www.stovemaster.com

Приготовление пиццы в хлебной печи. Источник: www.mha-net.org

Литература

Г. Федотов «Русская печь»
8 января, 2011

Определение потерь тепла в печи

Предложен простой способ определения эффективности бытовых печей и описан минимальный набор оборудования, позволяющий это сделать. Оценены погрешности измерений. Оценено количество теплоты, уносимое из печи после протопки при открытой задвижке и поддувальной дверке. Выведены основные формулы, используемые при анализе эффективности работы печей, сделан акцент на физический смысл выражений и коэффициентов. Показана некорректность усреднения данных, полученных газоанализатором, для расчета эффективности бытовых печей периодического действия. Для широкого круга заинтересованных читателей.

Предыстория

Осенью 2009 мы совместно с канадским печником Маркусом Флином клали русскую печь в Клубе Мастеров «Сень». Помимо этой печи там есть еще печи (двухэтажная печь — на первом этаже Теплушка, на втором отопительная), которые я сложил в 2005 году, и которые служат основным источником тепла в доме. Кроме того, постоянные обитатели решили избавится от газовых и электрических плит и готовить исключительно в горниле русской печи или на ее плите, так что печь эксплуатировалась постоянно. Народу было много, и печь топили разные люди, зачастую забывая вовремя подкинуть дрова или же закрыть задвижку по окончании топки. Хотя я и не платил за дрова, но все равно переживал за впустую выпущенное в трубу тепло. В конце концов, меня заинтересовал вопрос — а много ли тепла мы потеряем если не закроем вовремя задвижку (или не подбросим дрова, что почти тоже самое). Измерить это тепло (выносимое из печи после окончания горения) — довольно несложная задача: достаточно замерить поток воздуха, проходящего через печь крыльчатым анемометром, температуру на входе и на выходе из печи. Так и сделал. Однако когда начал считать, оказалось, что этих данных также достаточно для оценки количества тепла усваемого печью при топке, т.е. КПД печи. Здесь уже конечно пришлось плотно засесть за литературу, поскольку вычисления оказались более сложными, чем в первом случае. Многое пришлось вывести с «нуля», т.к. информация в литературе попадалась противоречивая, и абсолютно не объяснялось что и из чего вычислено. Вот так и написалась эта статья. Хочу поблагодарить Юрия Михайловича Хошева, которому отсылал на рецензии свои «изыскания» и чьи ценные замечания были всегда кстати.

Содержание

1. Теоретическая часть

1.1 Влажность древесины
1.2 Теплота сгорания древесины
1.3 Удельный объем воздуха и отходящих газов
1.4 Теплоемкость воздуха и отходящих газов
1.5 КПД печи
1.5.1 Анализ выражений для КПД
1.5.2 Сравнение с формулой Зигерта, европейский стандарт

2. Экспериментальная часть

2.1 Печь
2.2 Термометр
2.3 Анемометр
2.4 Весы
2.5 Проведение эксперимента

3. Обработка экспериментальных данных

3.1 Коррекция данных скорости входящего воздуха
3.2 Расчет потока входящего воздуха и его приведение к нормальным условиям
3.3 Выделение периода горения топлива и периода остывания печи
3.4 Определение среднего значения коэффициента избытка воздуха α_средн
нахождение вида зависимости α от времени
3.5 Расчет величины потерь тепла при горении и вычисление КПД печи
3.6 Оценка погрешностей измерений
3.7 Расчет величины потерь тепла после окончания процесса горения

4. Выводы
5. Литература
6. Приложение

6.1 Вывод формул для расчета удельных объемов воздуха и отходящих газов
6.2 Вывод формул для расчета КПД печи
6.3 Переводные коэффициенты основных физических величин

7. Некоторые уточнения, обнаруженные после написания статьи

7.1 Теплота сгорания древесины по европейскому стандарту EN 15250
7.2 Максимальная концентрация СО₂в отходящих газах и точность определения
коэффициента избытка воздуха
7.3 К выводу формулы зависимости теплоты сгорания от влажности

Читать дальше
PDF версия полной статьи 1,3 Мб

Выводы

Результатом проделанной работы явилось несколько выводов. Остановимся здесь только на самом важном с точки зрения пользователя печи — на том, сколько же тепла выдувается, если не вовремя закрыть задвижку — собственно, с чего все и начиналось. Всего по определению выдувания тепла было проделано три опыта (в полном тексте статьи описан только первый, т. к. она носит методический характер). Условия опытов представлены в таблице (температура улицы — в начале и в конце опыта).

No.	Дата	Время начала опыта	Температура улицы	Ветер
1	04.10.09	9.50	+6…+10	Слабый, иногда порывы
2	18.10.09	9.15	+10…+8	Нет
3	20.10.09	8.25	-4…+7	Нет

В следующей таблице представлены измеренные и расчитанные величины опытов. Потери в процессе топки (графы J и K) определяли описанным в статье способом (см. полный текст). Средняя мощность горения (F) является отношением теплосодержания дров к общему времени горения и дает представление об интенсивности процесса горения.

No.	Масса дров	Закла-док	Дрова	Тепло-содержание дров	Время горения	Средняя мощность горения	Стехиометр. объем воздуха	Вошедший объем воздуха	Средний избыток воздуха	Потери
	A	B	С	D	E	F	G	H	I	J	K
	кг	шт		кВтч	мин	кВт	нм³			кВтч	%
1	12,8	1	13	51,7	30	103,0	46,9	116,0	2,47	7,66	14,8
2	12,2	1	11	49,3	30	98,6	44,7	81,1	1,81	6,23	12,6
3	21,7	3	20	87,6	66	79,6	79,5	225,1	2,83	16,65	18,7

Определение потерь после окончания топки проводили следующем образом — после прогорания задвижку и поддувальную дверку не закрывали в течении трех часов. При этом измеряли температуру входящего в печь воздуха (в поддувальной дверке), температуру выходящего воздуха на уровне печной задвижки и скорость потока воздуха в коробе в поддувальной дверке. Далее расчетным путем (как произведение потока на разность температур и на теплоемкость воздуха) определяли зависимость тепловой мощности потока воздуха по времени. Численным интегрированием этой кривой получали количество тепла, которое «вылетало в трубу». Результаты представлены на графиках.

Опыты No. 1 — 3.

Количество тепла, выносимое из печи в зависимости от времени относительно запасеного в печи тепла (теплосодержание дров — потери).

Завышенные значения в первом опыте связаны видимо с тем, что опыт проводился в ветренную погоду, что завышало скорость газов в дымовой трубе.

Опыты No. 3.

Количество тепла, выносимое из печи в зависимости от времени. Интервал 0 — 30 мин. На оси слева — абсолютные значения в кВтч, на оси справа — относительно запасенного в печи тепла.

Из графиков видно, что, не закрыв задвижку, например, в течении получаса после окончания процесса горения в трубу «вылетает» порядка 10% тепла, запасенного печью. Или в абсолютных единицах для третьего опыта — 6 кВтч энергии. А можно сказать и так — при тарифе 3,8 руб/кВтч (Москва, февраль 2011 г.) в трубу вылетает 23 рубля за 30 минут. Вывод очевиден — не надо медлить с закрытием задвижки.

После написания этой статьи Marcus Flynn изменил в своих печах схему подачи воздуха. Была добавлена дополнительная дверца, подающая воздух непосредственно под колосниковую решетку, открывая которую можно быстро дожечь угли и закрыть задвижку. О традиционном способе подачи воздуха можно прочитать здесь.

Литература

Хошев Ю. М. Дачные бани и печи. — Книга и бизнес, М, 2008
ГОСТ 3000-45 «Печи отопительные теплоемкие, методы испытания»
Краткая Химическая Энциклопедия. — Советская энциклопедия, тт. 1 – 5, М., 1964
В. Шинкарев Максим и Федор. — Красный матрос, СПб., 1998
Европейский стандарт EN 15250 — Теплоемкие отопительные приборы на твердом топливе. Требования к конструкции и методы испытания, 2007
ООО «КАМИ», Испытания печей, Петрозаводск, 2007

печи-камина

8 января, 2011

Печь-камин «Крепостная башня»

Печь-камин достаточно практичный выбор для тех, кто хочет не только обогреть дом или дачу, но также понимает эстетику открытого огня. Эта печь установлена в брусовом доме для постоянного проживания и отапливает площадь порядка 40 м2. Печь топят постоянно в течение всего отпительного периода, а камин используется «по случаю» — в выходные или по приезду гостей.

Это вторая версия печи-камина такой конструкции, первая была построена в 2005 году (порядовки опубликованы в журнале САМ 7/2006) и также успешно работает по настоящее время. Однако, за время работы выявились некоторые недостатки – в частности небольшие трещины в первом ярусе в районе заднего левого угла, что связано с локальным перегревом кладки в этом месте.

Печь-камин.

Печь с камином.

каминопечь.

В результате была добавлена футеровка лещадкой левой и задней стенок первого яруса печи. Перекрытие топливника изменено на независимое (ранее он перекрывался выпусками из внешних стенок печи). Изменено сечение и ориентация дымовой трубы, что связано исключительно с расположением балок перекрытия в доме. Перекрытие топочной дверки печи-камина заменено лучковым.

Общее описание печи-камина

Печь размером 5,5 на 4,5 кирпича (140 на 115 см), камин, шириной 2.5 кирпича (63 см), встроенный в печь, перекрыт полуциркульной аркой. Над камином имеется полка шириной 19 см. К особенностям печи-камина можно отнести интенсивный нижний прогрев и внешний вид, напоминающий крепостную башню с въездными воротами. Важно, что боковые стенки камина и его под нагреваются при топке печи, что увеличивает общую теплоотдачу и способствует равномерному прогреву кладки. Задвижка летнего хода упрощает растопку холодной печи.

Конвективная система

Печь построена по комбинированной конвективной схеме. Дымовые газы из хайла топки выходят в широкий Г-образный опускной канал и опускаются до первого ряда. Пройдя под каминным подом они попадают в подъемный канал, расположенный в правой стенке камина. Несмотря на большую его ширину (38 на 13 см) канал прогревается равномерно. Далее газы попадают в верхний ярус (колпак) со дна которого начинается дымовая труба сечением 38 на 13 см. Труба имеет две подвертки шириной по 13 см и высотой в два ряда. Перед задвижкой труба сводится к сечению в кирпич (25 на 13 см). Каминная труба также имеет сечение в кирпич, а в середине мансардного этажа обе трубы плавно сведены в одну, сечением в кирпич.

Конструкция камина

У камина имеется дымовой зуб высотой 6 рябов, выступающий над основной стенкой на три четверти кирпича. Зуб служит для предотвращения дымления камина (особенно это важно, для прямых каминов с небольшим дымосборником и ассиметрично расположенной трубой). Создавая в верхней части перекрытия небольшое заужение, зуб способствует образованию одинакового перепада давлений по всей ширине портала. В противном случае тяга в ближнем к трубе углу может быть больше, чем в дальнем (что будет заметно когда «много дыма и мало огня»). Кроме того заужение увеличивает скорость входящего в камин воздуха именно под перекрытием камина создавая как бы воздушную завесу, препятствующая выбросу дыма наружу. Эпюры скоростей воздуха на входе в камин можно найти в книге В. Н. Глухих «Камины».

Материалы для кладки печи

Красный — витебский печной кирпич, шамотный ШБ-8 и ША-6 (лещадка) богдановичского завода. Огнеупорный раствор – «Плитонит Суперкамин», Красный кирпич уложен на глино-цементный раствор состава цемент:шамотная глина:песок = 1:2:7. Труба сложена на глино-песчанном растворе из красной глины.

Печь-камин из кирпича: пошаговая кладка

Печь-камин из кирпича, четвертый ряд.

Четвертый ряд печи-камина. Установка колосниковой решетки 250 на 380 мм. в качестве передней опоры использован кусок арматуры д 20 мм. Колосник установлен на два ряда ниже топочной дверки. Шамотные кирпичи перед колосником будут уложены на металлические уголки и полосы. Металл охлаждается потоком входящего воздуха и может быть использован здесь без проблем.

В правом переднем углу — переточный канал с думя подвертками по 13 см и высотй в два ряда.

Кладка печи-камина. Под камина.

Кладка печей, шестой ряд. Под камина формируется двумя сплошными рядами 5 и 6 с полным перекрытием швов. Слева и слева сзади видны карнизы, шириной 4,5 см на которые будет установлена футеровка из лещадки (кирпич ША-6). Футеровка сделана не с первого ряда печи, а с шестого из соображений лучше прогреть низ печи. Однако это более усложняет конструкцию, нежели дает эффект — целесообразнее начать ее с первого ряда.

Печи-камины для дачи и дома, кладка своими руками.

Девятый ряд печи-камина из кирпича. Формирование топливника камина. Установлена топочная дверка.

Девятый ряд кладки печи-камина для дома и дачи из кирпича

Девятый ряд печи, вид слева. Видны скосы из шамотного кирпича от топочной дверки к колоснику.

Карнизы каминопечи под футеровку лещадкой

Карнизы под футеровку лещадкой и опорный столбик под рассечку.

Кладка арки печи-камина по кружалу.

Кладка арки камина. Сначала изготавливается кружало из оргалита. Оно размечено таким образом, чтобы швы по бОльшей окружности арки были не более 5-7 мм, а количесво клиновых кирпичей при этом оказалось минимальным. Четное или нечетное оно получится никак не влияет на прочность арки. При кладке необходимо следить, чтобы наружная поверхность клиновых кирпичей находилась в одной плоскости, иначе при замыкании арки появиться ступенька. Клиновые кирпичи изготавливаются подпиливанием обычных с одной или двух сторон, в зависимости от величины клина.

Арка каминопечи готова. Кружала сняты.

Арка камина готова. Кружала сняты.

Клиновые кирпичи каминной арки.

Клиновые кирпичи каминной арки имеют углубление, порядка 2 см, в которые заходит прилегающая

кладка печи из кирпича

. Это сделано для того, что бы избежать подгонки кладки к криволинейной поверхности арки.

Футеровка топливника выполнена шамотным кирпичем на ребро, а задней стенки лещадкой. Кладка вокруг топочной дверки сделана из шамотного кирпича. Красный кирпич в этом месте иногда крошится от температуры. Перевязка шамота с красным кирпичем не рекомендована в литературе, но в реальности их КТР не так сильно различаются чтобы это привело к фатальным последствиям. Можно защитить красную кладку и по другому — уголками из нержавеющей стали.

Топливник печи-камина.

Вид сверху на топливник. Кладка шамотного кирпича выполнена на растворе Плитонит-Суперкамин, толщина швов не более 2 мм.

Топочная дверка закреплена в кладке нихромовой проволокой д 2 мм.

Футеровка стенки печи с камином.

Футеровка левой наружной стенки печи. Швы нефутерованной внутренней стенки камина расчищены изнутри на 2-3 см. В данной конструкции офутеровать эту стенку невозможно — слишком сильно заузится канал. Поэтому для предотвращения трещинообразования швы со стороны канала расчищены. Кирпич прогревается изнутри сильнее чем снаружи (и расширяется сильнее изнутри), поэтому расшивка изнутри образует подобие термокомпенсационных швов.

Печи-камина, внутреннее устройство.

Рассечка за топливником.

Клинчатая перемычка топочной дверки.

Клинчатая перемычка топочной дверки. Ее элементы (а также пяты) изготовлены по кирпичному шаблону. Центральный клин изготавливается по месту.

Пятнадцатый ряд печи-камина.

Пятнадцатый ряд. С четвертого от пода камина ряда задняя стенка камина сдвигается вперед по 3 — 4 см для образования дымового зуба камина.

Дымовой зуб камина.

Наклонная задняя стенка — дымовой зуб.

Для удобства кладки по углам печи по отвесу натягиваются тонкие резинки. Достоинство их (по сравнению с веревочками) в том, что их можно задевать сколько угодно раз — они возвратятся на место.

Пятнадцатый ряд кладки каминопечи.

Пятнадцатый ряд кладки. Вид со стороны топочной дверки печи.

Футеровка топливника печи-камина.

Футеровка топливника почти закончена, сформировано хайло. Между футеровкой и внешней стенкой проложен базальтовый картон. Можно использовать и обычный картон, который поднимают по мере выполнения кладки.

Перекрытие топливника печи с камином.

Подготовка к перекрытию топливника печи.

Перекрытие топливника печи.

Первый ряд перекрытия топливника печи.

Справа формирование дымосборника камина. Смещение передней стенки назад для образования каминной полки. Это место (между зубом и наклонной передней стенкой) наиболее узкое в портале камина — 14 — 16 см.

На этом ряду сделаны углубления под металлические уголки, по которым перекрывается первый ярус печи. Также сделаны карнизы (правый нижний угол) куда будут уложены кирпичи, перекрывающие опускной канал каминопечи.

Топливник перекрыт.

Топливник печи перекрыт. Сзади оставлено отверстие 13 на 13 см для организации прямого хода.

Каминная полка.

Уложены уголки под перекрытие первого яруса печи. Задвижка прямого хода (сзади) опирается на внешнюю кладку и уголок. Между уголками и перекрытием топливника 50 мм базальтовая теплоизоляция. Уголки лежат в углублениях (чтобы сохрнить толшину шва внешней кладки) и не зажаты кладкой по краям, а имеют возможность свободно расширяться.

Нижний ярус печи-камина перекрыт.

Нижний ярус печи перекрыт.

Второй я рус печи.

Второй ярус печи-камина (колпак). Сделаны подвертки в трубу (сечением 38 на 13 см), высотой в два ряда и шириной по 13 см.

Слева — дымосборник камина с чисткой.

Дымосборник камна перекрыт.

Дымосборник камина перекрыт двумя рядами. Первый ряд ниши.

Установка задвижек на печь-камин. Канал камина 25 на 19 см после задвижки будет сведен в 25 на 13 см. Печной канал перед задвижкой сведен к 25 на 13 см. На печи будет установлена двухканальный дымоход 2*(25 на 13 см). В мансардном этаже оба канала будут сведены в один (25 на 13 см) и установлена дополнительная задвижка.

Печь-камин, кладка окончена.

Пробная топка печи-камина.

Печь-камин

, вид слева. Видны чистки, их количество и расположение должно обеспечивать удобство чистки всего внутреннего пространства печи.

Печь готова. Пробная топка камина.

8 января, 2011