Рубрика: Uncategorized

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

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 выпал вниз на пару сантиметров.

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

Трещины над топочной дверкой в пределах допустимого.

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.

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.

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.

Взгляд в горнило….с обратной стороны.

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.

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

Уголки перекрытия, вид сверху.

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.

Способ топки кирпичной печи оказывает большое влияние на ее эффективность и долговечность.

Дрова для печи

Хотя технические знания и навыки печника являются существенными, реальная ответственность за эффективность работы печи лежит на истопнике. Дрова должны быть выдержаны в идеале два года, и храниться под навесом пока их влажность составит менее 17%. (Содержание влаги весовое, содержание влаги в свежесрубленном дереве 35-60%). Tочно определено, различие между сухой и влажной древесиной – как разница между тепло и холодно.

Хорошо выдержанный бук.

Все виды древесины могут быть использованы как топливо для печей. И твердые и мягкие породы имеют приблизительно одинаковую массовую теплотворную способность, хотя твердые породы более плотные. В Южном Квебеке в основном жгут твердые породы, а тополь считают плохими дровами. В Северном Квебеке, считают нормальным жечь тополь. В некоторых областях Украины традиционно использовали вязанки травы для топки печей.

Плотность дров Северо-Востока Америки. От плотных к мягким.

• Железное дерево
• Гикори
• Дуб
• Сахарный Клен
• Бук
• Желтая береза
• Ясень
• Вяз
• Красный Клен
• Лиственница
• Белая Береза
• Болиголов
• Тополь
• Сосна
• Ель
• Пихта бальзамическая

Топка печей фанерой, древесно-стружечной плитой, древесиной, обработанной давлением, цветных газет и картона запрещается. Химикаты, используемые в изготовлении этих продуктов, могут иметь непредсказуемый эффект на долговечность печи и окружающую среду. Зола от цветных газет, содержит тяжелые металлы, и непригодна для использования в качестве удобрения.

Корд ( мера дров = 128 куб. футов, кубический фут 1728 дюймам = 28 317 см3, итого Корд=3,6 куб. м.) — идеальный размер. Допускается топка печей ветвями или отходами, но их смешивают с хорошим твердым лесом, и они должны быть сухими. Ветки и отходы горят быстрее и дают меньше тепла, чем поленья. Две закладки среднего размера (утро и вечер) из веток, дадут примерно столько же тепла как одна большая закладка из поленьев.

Топливник печи заполнен дровами. Здесь средняя закладка дров уложена для верхнего горения. Используется «верхний» воздух, см. ниже.

Как топить печь

Есть два способа топки печи, один противоречие другого. Традиционный – «нижнее горение» — растопка внизу, вверху большие поленья. Пламя проходит через всю закладку, что приводит к установившемуся горению. Способ «верхнее горение» подразумевает укладку крупных поленьев вниз, а растопки наверх. Огонь зажигается сверху и медленно распространяется через всю закладку. При верхнем розжиге, пока горение не установилось, пламя не проходит через слой топлива, и не выделяются летучие (которые не смогут сгореть из-за низкой температуры) и которые улетают в трубу, что происходит на начальных стадиях при нижнем горении. А когда огонь распространиться до нижних поленьев, то они начнут выделять летучие, которые попадут в интенсивное, хорошо установившееся пламя, где и сгорят. При верхнем розжиге дрова разгораются медленнее, зато при топке печь испытывает меньшие тепловые нагрузки при каждой. Верхнее горение осуществляется лучше всего, если печь настроена на использование «верхнего воздуха».

Нижний воздух (слева)
Верхний воздух (справа)

a — Первичный воздух

b — Вторичный воздух

Подожженная закладка должна догореть до конца. Дрова никогда не подкладываются, и дверцу топки печи открывают только в случае необходимости. Если печь топить продолжительное время, то она будет поглощать тепло быстрее, чем отдавать в помещение. В этом случае печь может быть безнадежно повреждена. Сгорание должно быть настолько быстрым насколько возможно, приблизительно два часа для средней закладки. Задвижка должна быть закрыта, как только последние угольки сгорели. Это предотвращает выхолаживание печи через трубу. В завершающих стадиях горения задвижку можно постепенно прикрывать, ориентируясь на количество оставшихся углей. Задвижка должна иметь 5% щель безопасности, обеспечивающую небольшую вентиляцию. Закрыв задвижку надо быть уверенным, что угли догорели, что не произойдет вспышки, и что дым не попадет в помещение.

Кирпичная печь сжигает дрова быстро и энергично. В момент поджига задвижка дымохода и подача первичного воздуха должны быть полностью открытыми. Как только огонь разгорелся и стенки топливника нагрелись и температура пламени поднялась до 600 С становиться возможным вторичный дожиг.

Вид верхней части топки печи спустя полтора часа после начала верхнего горения. На переднем плане виден защитный экран перемычки топливника из огнеупорных кирпичей (подвешенных на металлических кронштейнах) и ступенчатый потолок топки.

При этом все сажевые отложения выгорают, и внутренние поверхности топливника становятся белым. Если топка печи остается черной, после того как огонь горел в течение некоторого времени, значит что-то сделано неправильно.

Как только огонь разгорелся, задвижка дымохода может быть частично закрыта, если необходимо уменьшить тягу. Пламя должно быть настолько легким и желтым насколько возможно, если пламя темно-красное и фиолетовое, то огонь испытывает недостаток в воздухе, и надо открыть задвижку.

Хорошо организованное (запитанное) пламя.

Верхнее горение, спустя час после поджига, вторичный дожиг отчетливо виден над закладкой дров. (Дуб)

Закладка, показанная выше, прогоревшая до углей. В этот момент задвижка закрыта на 90%.

Облицовка печей, как правило, выполнена из старинного кирпича, полученного с разбора домов.

Подача первичного воздуха. Печи Pyromasse работают на «верхнем воздухе». Он подается через жалюзи поддувальной дверки, по каналу между ядром и облицовкой, и отклоняется на закладку дров под углом в восемьдесят градусов. Некоторые из ранних печей Pyromasse использовали «нижний» воздух, который проходил через колосниковую решетку и закладку дров. Кажется, теперь есть согласие в том, что «верхний» воздух предпочтительней. «Нижний» (через колосник) воздух способствует слишком энергичному горению и может привести к преждевременному выходу из строя внутренних поверхностей топливника. «Верхнее» питание, обеспечивает достаточно воздуха для максимальной эффективности, не форсируя процесс топки печи. Дверца зольника, которая имеет жалюзи, находится прямо под топочной дверкой и используется для подачи «верхнего» воздуха из жилого помещения.

У топочных дверок, используемых Pyromasse, есть одно или два жалюзи, расположенных на рамке. Они позволяют подать вторичный воздух в топливник и осуществлять вторичный дожиг. Эти жалюзи могут быть закрыты одновременно с задвижкой, когда огонь потух.

Отражатели первичного воздуха в топливнике.
(Виден также экран перемычки топливника на кронштейнах ).

Печь можно топить один, два или даже три раза в день в зависимости от погоды. Хотя постоянная трехразовая топка не рекомендуется. Возьмите за правило выжидать между топками по крайней мере 5 часов. Большинство истопников считают, что обычно достаточно одной топки в день. Можно делать две средних топки в день вместо одной большой. Если не очень холодно, достаточно одной топки в каждые два дня.

• Независимо от количества топок, в печи Pyromasse должно быть сожжено не более 100 фунтов (45 кг) дров в сутки.
• После поджигания закладки дрова нельзя догружать в топку
• Задвижка трубы должна быть закрыта между топками.
• Затопив печь, желательно топить весь сезон.
• Холодную печь желательно сначала прогреть маленькой закладкой, перед тем как хорошо протопить. Это уменьшит неизбежный тепловой шок, происходящий каждый раз при запуске печи.
• Никогда не разводите большой огонь в холодной печи.
• Никогда не топите не вовремя или для забавы.
• Истопник должен ориентироваться на погоду, поскольку печь, однажды нагретая остается теплой в течение многих часов или дней, особенно при умеренной погоде.
• При каждом цикле нагрева-охлаждения печь испытывает термический шок. Если печь используется постоянно, то этот шок минимален.
• В идеале, печь должна быть запущена в начале отопительного сезона и содержаться теплой до его конца.
• Если кирпичные печи используются с уважением, то они прослужат всю жизнь.

Безопасность при топке печей

Если задвижка закрыта раньше времени, то дым может попасть в помещение. Настоятельно рекомендуется оборудовать помещение детектором дыма и детектором монооксида углерода (угарного газа). Во время горения топочную дверцу никогда нельзя оставлять открытой. Это приведет к понижению температуры в топке печи, остановит вторичный дожиг и приведет к отложению креозота в каналах. Ничего, что может воспламениться нельзя класть на печь, как то одежду для сушки, ботинки, носки. Скорее всего, они не загорятся, но не надо шутить с огнем.

Обслуживание печей

Если печь построена на полом каменном фундаменте, и пространство внутри него используется как зольник, удалять золу необходимо каждые восемь лет, хотя это может быть сделано и ежегодно. Каналы печи имеют чистки, через которые они могут быть осмотрены и вычищены. Теоретически каналы могут засориться уносной золой, хотя я всегда убеждался, что тяга предотвращает накопление золы в каналах. Трубы не нуждаются в чистке, пока креозот не отложился на их внутренних поверхностях. Но рекомендуется чистить их раз в два года, чтобы убедиться в отсутствии завалов и проверить состояние кладки на оголовке трубы.

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.

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.

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.

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.

Литература

Г. Федотов «Русская печь»

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).

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.

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

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

печи-камина

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.

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

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 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.

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

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

Карнизы под футеровку лещадкой и опорный столбик под рассечку.

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 камина готова. Кружала сняты.

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.

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 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.

Рассечка за топливником.

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

Пятнадцатый ряд. С четвертого от пода камина ряда задняя стенка камина сдвигается вперед по 3 — 4 см для образования дымового зуба 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. Вид со стороны топочной дверки печи.

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.

Подготовка к перекрытию 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 печи перекрыт. Сзади оставлено отверстие 13 на 13 см для организации прямого хода.

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 перекрыт.

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 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

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

 

Печь готова. Пробная топка камина.