Печи, камины

КАМИН (ПРЕДЫСТОРИЯ, НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ)

Камин, пожалуй, один из самых старых видов отопительных приборов. Свое происхождение он ведет от обыкновенного открытого очага – костра, располагавшегося посреди жилища. Дым от костра сначала уходил через щели в крыше, затем стали сооружать специальный дымоход (трубу) из дерева. Впоследствии, чтобы повысить эффективность удаления дыма, над очагом стали располагать дымосборникя, которые из-за высоких температур отводимых газов в непосредственной близости от очага пришлось делать из несгораемых материалов – камня, кирпича, металла. Так возник камин. Известно очень много конструкций каминов: старогерманский, старофранцузский, английский, эстонский, камины-калориферы и т. а. КПД камина невысок – до 10–20 %, так как в отличие от печи он не имеет дымооборотов, и поэтому почти весь нагретый воздух, так и не передав всю теплоту помещению, уходит в атмосферу. Нагрев помещения происходит в основном только в результате лучеиспускания в момент горения топлива.

Так почему же камин все больше и больше привлекает внимание застройщиков? Прежде всего потому, что он украшает помещение и, кроме того, является источником хорошего настроения. При этом камин – великолепное вентилирующее устройство, обеспечивающее быстрое и эффективное проветривание и просушивание помещения, что очень ценится садоводами и дачниками, возвращающимися весной в свой холодный и отсыревший дом.

Рассмотрим устройство одного из самых распространенных каминов – английского, конструкция и соотношения размеров которого являются итогом многовекового опыта (рис. 10).

Рис. 10. Английский камин с прямым дымоходом; А – ширина портала; Б – высота портала; В – глубина топливника; Г – высота задней стенки; Е – ширина задней стенки; Н – высота дымосборника: 1 – корпус камина; 2 – стенки топливника; 3 – тепловая камера; 4 – огнеупорный пол; 5 – задвижка; 6 – прочистка; 7 – отдушина тепловой камеры; 8 – каминная полка

Для улучшения теплоотражающих свойств топливник камина имеет в сечении форму трапеции, и поэтому нагретые боковые стенки его излучают теплоту в сторону помещения.

Задняя стенка топливника поднимается вертикально вверх на 36–38 см и затем, изломившись под углом 20°, образует наклонное зеркало, направляющее тепловое излучение к полу. Зеркало поднимается на 15–20 см выше портала. Над зеркалом располагается дымосборник, имеющий пирамидальную форму. Наличие у дымосборника плоского или лоткообразного пода, образующего «дымовой зуб», и пирамидальная форма дымосборника предотвращают дымление камина из-за опускания в топливник потоков холодного воздуха из дымохода. В районе «дымового зуба», с задней или боковой стороны, устраивают окно для удаления скапливающейся там при чистке дымохода сажи.

Шибер может быть поворотным («баран») или обычным, сделанным в виде традиционной печной задвижки. Лучшее место для поворотного шибера – конец «дымового зуба»; печную же задвижку удобнее располагать в горловине дымосборника или в дымоходе.

Под камина и портал должны быть выше уровня пола – это уменьшит влияние воздушных потоков в комнате на процесс горения топлива. Перед порталом (на 50 см) и по его бокам (на 30 см) устраивают пол из огнеупорного материала (кирпича). Площадь портала должна быть равна приблизительно 1/50 площади помещения. Камин большего размера будет переохлаждать комнату и вызывать сквозняки, малый – не согреет помещение. Площадь пода, в свою очередь, обычно составляет 0.7, а сечение дымохода – 0.1–0.15 площади портала. Подобными соотношениями связаны и другие элементы камина. Эти соотношения приводятся в таблице 1.

Таблица 1

Размеры элементов камина в зависимости от площади обогреваемого помещения, см

Дрова в камине могут сжигаться как на плоском поду топливника, так и в металлической корзинке или на колосниковой решетке, В последнем случае пространство зольника используется не только для сбора золы, но и для дополнительного притока воздуха через решетку, что улучшает процесс горения. В некоторых случаях имеет смысл подавать в топливник воздух не из помещения, а снаружи, хотя бы частично. Разумеется, в таком камине должна быть зольниковая камера. Забирая, например, воздух из подвала, мы существенно улучшим его вентиляцию. Ограничив же приток воздуха из помещения в зону горения, можно уменьшить подсос в него холодного наружного воздуха и этим улучшить температурный режим помещения.

Кроме того, для повышения экономичности камина в его корпусе иногда устраивают специальные тепловые камеры, в которых комнатный воздух дополнительно подогревается от нагретых внешних стенок топливника. Часто теплообменники изготавливают из труб и, когда необходимо, устанавливают в топливник.

Для улучшения тяги трубу камина делают на один метр и более выше конька крыши. Оголовку обычно придают форму пирамиды и защищают его зонтиком из кровельной оцинкованной стали или же устанавливают на нем дефлектор (см. рис. 8).

Камин устраивают не только в доме, но и во дворе. Например, можно построить пристенный камин-гриль, который в отличие от обычного камина имеет открытый топливник и решетку, используемую для приготовления мясных блюд; в нем также предусматривают стойки для котелков и шампуров. Такой гриль делают из железобетона или кирпича (рис. 11). Оригинально смотрится камин-гриль, установленный не у стены, а отдельно, например в зоне отдыха (рис. 12).

Рис. 11. Пристенный камин-гриль Рис. 12. Гриль

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

При подборе материалов, необходимых для строительства печи, следует учитывать их доступность, стоимость, прочность, огнеупорность, коэффициент теплового расширения, устойчивость к коррозии и т. п. Наибольшее применение в печном деле нашли: кирпич, глина, песок, цемент, щебень.

Кладку корпуса печи выполняют полнотелым кирпичом, изготовленным из глины (красный кирпич) или шамота. Трубу же лучше класть из щелевого кирпича. Размер стандартного кирпича 250 х 120 х 65 мм. Масса – 3,5–3,8 кг. В 1 м3 сплошной кладки укладывается 380 штук кирпича. Используемый для кладки печей кирпич должен иметь марку на сжатие не ниже 100 кг/см2при плотности 1800 кг/м3. В соответствии с ГОСТ 530-80 на кирпич строительный обыкновенный размеры его могут отклоняться от стандартных по длине на 5 мм, по ширине на 4 мм, по высоте на 3 мм. Кроме того, у каждого кирпича допускаются отбитости углов глубиной до 10–15 мм, а также трещины длиной по постели до 30 мм на всю толщину кирпича (по одной на каждую ложковую и тычковую грань).

Не пригоден для кладки печей кирпич, полученный от разборки стен зданий, сложенных на известковом растворе. Однако для кладки фундаментов и верхних частей дымовых труб его использовать можно.

Для кладки или футеровки топливников печей необходимо использовать огнеупорные шамотные кирпичи, выдерживающие температуру до 1600 °C, или тугоплавкие гжельские или боровические кирпичи с термостойкостыо до 900—1000 °C.

Глина – основной связующий компонент кладочного раствора. В зависимости от содержания в ней песка глина подразделяется на жирную, среднюю и тощую. В жирной глине, например, присутствует до 3 % песка (по массе), в тощей – 15–30 %. Пластичность глиняного теста зависит как от размера частиц глины и песка, так и от соотношения их количеств. Глина средней пластичности усыхает на 6–8 %, тощая – несколько меньше. Перед замесом раствора глину протирают через сетку с отверстиями 3–4 мм.

Песок, необходимый для раствора, должен быть чистым с угловатыми зернами размером не более 1 мм. Для этого его просеивают через сито с отверстиями 1,5 мм. Больше всего подходит кварцевый горный песок, а не речной или морской.

Для приготовления раствора на 1 часть воды (по объему) обычно берут 4 части жирной глины и 8 частей песка. Раствор считается нормальным, если раскатанный из теста руками валик диаметром 1–1,5 см и длиной 15–20 см при растяжений обрывается тогда, когда толщина его в месте разрыва достигает 15–20 % его первоначального диаметра. Другой способ проверки: валик, обернутый вокруг цилиндрического стержня диаметром 4–5 см (например, вокруг обрезка полутора-двухдюймовой трубы), не растрескивается.

Правильно подобранный раствор выдерживает в кладке нагрев до 800—1000 °C, не теряя при этом прочности и не выделяя вредных испарений. Коэффициент его термического расширения такой же, как и у кирпича, что способствует сохранению кладки при многократных циклах нагрева – охлаждения печи. Интересно отметить, что финские руководства по печному делу рекомендуют добавлять в раствор… цемент. Соотношение глины, песка и цемента 3:12:1. Автором рецепт был опробован: результаты очень хорошие, но использовать цементосодержащий раствор для кладки топливника все же не стоит, так как любые примеси снижают его термостойкость. Впрочем, термостойкость снижает и примесь кварцевого песка. Поэтому при кладке топливников его рекомендуют заменять песком, приготовленным из шамота.

Чтобы прикинуть количество раствора, которое понадобится при кладке печи, следует учитывать, что объем идущего па кладку раствора составляет 0,08—0,1 объема печи, а на 100 кирпичей необходимо 2–2,3 ведра глины и 1,5–2 ведра песка.

ПЕЧНЫЕ ПРИБОРЫ

Для оборудования печей необходимы печные приборы: печные, поддувальные, прочистные и вьюшечные дверки, колосники и колосниковые решетки, плиты, задвижки, вьюшки. Последние перекрывают трубу более плотно, чем дымовые задвижки. Поэтому, когда в печи применяют только задвижки, то рекомендуется их ставить парами – одну над другой. Обычно все печные приборы делают из чугуна, чтобы исключить их коробление при воздействии высоких температур.

Кроме того, в печи могут устанавливаться сделанные из листовой стали духовые шкафы и водогрейные коробки.

Во многих руководствах но печному делу приводятся стандартные размеры печных приборов. В разных руководствах – разные и к тому же обычно не совпадающие с теми размерами печных приборов, которые бывают в магазинах. При этом в каждом регионе изготавливают печные приборы «своего» размера. Например, в Московской области продают топочные дверки размером 205 х 250 мм, а в Калужской – 280х250 мм.

В связи с таким положением многие проекты приведенных в руководствах печей приходится перерабатывать с учетом размеров печных приборов, которые удалось приобрести.

Из инструментов при печных работах понадобятся: печной молоток (он может быть заменен слесарным молотком массой 500 г, необходимо только лучше заточить острый конец головки); кельма (мастерок); правило – толстая деревянная линейка длиной 1,5–2 м; отвес; уровень; угольник деревянный со сторонами 1 х 0,5 м; плоскогубцы и кусачки.

КАК ЭТО ДЕЛАЕТСЯ (ТЕХНОЛОГИЯ КЛАДКИ)

Перед началом кладки рекомендуется уточнить правильность размещения печи. Для этого в соответствии с чертежом раскладывают насухо сначала кирпичи первого ряда, затем кирпичи одного ряда дымовой трубы. После этого с потолка опускают отвесы на углы дымовой трубы и убеждаются, что расстояние между трубой и балками перекрытия, а также между трубой и стропилами (оно должно быть не менее 12 см) достаточно для устройства горизонтальной противопожарной разделки.

Прямоугольность углов первого ряда кладки проверяют промером с помощью шнура расстояний по диагонали между противоположными углами. Разница между этими расстояниями не должна превышать 5 мм. Вообще кладка печей отличается от кладки строительных кирпичных стен тем, что каждый ряд печи сначала выкладывают насухо, без раствора, предварительно подобранными кирпичами. Кирпичи притесывают и подгоняют друг к другу с учетом перевязки швов. Стесанные поверхности должны быть обращены наружу или закрыты кладкой.

Кладку начинают с угловых кирпичей, строго следя, чтобы они были на одном уровне. Это достигается с помощью правила и уровня. Затем выкладывают кирпичи наружного ряда (периметра) и, наконец, середину.

При футеровке топливника огнеупорным кирпичом не следует его перевязывать с обычными кирпичами наружной кладки. Если выполнить футеровку таким образом затруднительно, то проще топливник выложить целиком из огнеупорного или тугоплавкого кирпича.

Перед укладкой красный кирпич в течение 5—10 секунд выдерживают в воде (пока не перестанут выделяться пузырьки воздуха). Тугоплавкий кирпич перед укладкой только ополаскивают водой от пыли. Раствор обычно расстилают правой рукой, кирпич укладывают – левой. И вертикальные и горизонтальные швы должны быть полностью заполнены раствором. Толщина швов минимальная – 3–5 мм.

Кладка углов ведется строго но отвесу. Для облегчения кладки по углам могут быть установлены рейки или стальные уголки. Печи постоянного сечения удобно выкладывать, пользуясь подвижной опалубкой.

Перевязка швов кладки обязательна в каждом ряду на 1 /2 кирпича или, как исключение, на 1 /2 кирпича. Выложенный ряд всегда следует проверить на горизонтальность, а стенки и углы – на вертикальность.

Гладкость внутренних поверхностей – одно из основных условий хорошей работы печи. Для этого кирпич укладывают так, чтобы он был обращен внутрь канала или топливника только целой гранью: тесаные и околотые грани ведут к быстрому разрушению кирпича. Кроме того, ни в коем случае нельзя выравнивать поверхности дымоходов промазкой их глиняным раствором, так как глина в этом случае быстро отслаивается, засоряя дымоходы. Гладкость поверхности достигается в основном тщательностью кладки. Протирка же стенок дымоходов тряпкой, смоченной в глиняном растворе, которую проводят через каждые 4–5 рядов, обеспечивает только заделку мелких выбоин на поверхности кирпича и заглаживание швов.

Кладку печи ведут строго по рядам, приступая к очередному ряду только после окончания предыдущего.

Рамки топочных дверок закрепляют с помощью наклепанных па них лапок из полосовой стали толщиной 3 мм – кламмеров, которые заводят в шов кладки и заливают раствором. Кламмеры могут быть заменены жгутами из отожженной проволоки. Вьюшечные и другие дверки, а также духовые шкафы прикрепляются к кладке стальной отожженной проволокой диаметром 2 мм (рис. 13).

Рис. 13. Крепление кламмеров к рамке топочной дверки: 1 – дверка; 2 – рамка; 3 – кламмеры

Учитывая, что коэффициент теплового расширения металла больше, чем кирпичной кладки, между рамками топочных дверок и кладкой предусматривают уплотнение из асбестового шнура толщиной 5 мм.

Рис. 14. Перекрытие топочной дверки: а – напуском; 6 – «в замок»; в – клиновидным кирпичом

Верхнюю рамку топочной дверцы или духовки использовать как опору для кладки кирпича нельзя. В качество опоры можно применить чугунную полоску, но лучше сделать перемычку из кирпича напуском, «в замок» или устроить клинчатое перекрытие (рис. 14).

ПРОСУШКА ПЕЧИ И ПРОБНАЯ ТОПКА

После окончания кладки печь просушивают, осторожно производя неинтенсивные топки. Сначала в печь закладывают до 20 % нормы дров и, протапливая ее дважды в день по 30–40 минут, постепенно увеличивают количество топлива, следя за тем, чтобы температура на наружной стенке топливника не превышала 55 °C (приложенная к поверхности рука ощущает в этом случае тепло, но не жар). Печь топят так до тех пор, пока на ее наружной поверхности не останется сырых мест, а на вьюшке и задвижке перестанут появляться следы конденсата. В зависимости от размеров печи просушка может занять 3–8 дней. Во время просушки в печи должны быть открыты задвижки, вьюшки, топочные и поддувальные дверцы. Кроме того, в летнее время для удаления из помещения выделяющихся при сушке водяных паров открывают двери и окна. Следует помнить, что попытки ускорить просушку могут привести к появлению трещин в кладке, то есть к выходу печи из строя.

ОТДЕЛКА ПЕЧЕЙ

Хотя неотделанная поверхность печи лучше отдает теплоту, по выглядит она часто неэстетично. Кроме того, на шероховатой поверхности печи и в расшитых швах скапливается пыль, которая уменьшает теплопередачу.

Чтобы уменьшить шероховатость, поверхность после предварительного смачивания затирают кирпичом. Далее поверхность белят или окрашивают клеевой краской. Масляные краски применять не следует, так как входящая в их состав олифа при нагреве стенок пригорает.

Есть несколько рецептов «непачкающей» побелки. Можно, например, приготовить ее, растворив 100 г поваренной соли в ведре известкового молока (суспензии гашеной извести в воде). Для побелки применяют и гашеную известь, образовавшуюся при взаимодействии карбида кальция с водой. Известь разводят водой, добавляя для оттенка немного синьки.

ЭТО ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Опытные печники рекомендуют пробную топку или топку для просушки печи в жаркое время года производить рано утром или поздно вечером.

Хороший результат гарантирует побелка, состоящая из 3 литров снятого или разбавленного молока, 1–1.5 кг мела (порошка), куска хозяйственного мыла, 100 г столярного клея и 1 /2 чайной ложки синьки. Мел размешивают в молоке, подогревают смесь до 70–80 °C (до кипения доводить нельзя), добавляют в нее предварительно растворенные и подогретые компоненты, тщательно размешивают и затем засыпают синьку. Белить следует два раза теплым раствором.

Самый распространенный способ отделки печей – оштукатуривание. Оно производится только после полной просушки печи, когда уже произошла полная ее осадка. Для лучшего сцепления со штукатуркой поверхность печи очищают от пыли и глины, а также расчищают швы кладки на глубину 5—10 мм. Раствор будет крепче держаться, если его наносить на металлическую сетку с ячейками размером до 10х10 мм, которая надежно закрепляется на поверхности печи, например, с помощью сдвоенных концов проволоки, заложенной в процессе кладки в швы. Концы выпускаются на расстоянии 70– 120 мм друг от друга и располагаются в шахматном порядке.

Раствор штукатурки наносят в два приема на смоченную водой горячую поверхность печи. Первый слой раствора – жидкий, сметанообразный, второй – более густой. Толщина каждого слоя – 5–6 мм. После нанесения второго слоя поверхность выравнивают и затирают.

Для оштукатуривания обычно применяют один из растворов, составы которых приведены в таблице 2.

Таблица 2

Составы смесей для оштукатуренных печей

Смеси готовят из сухих компонентов, предварительно просеянных через частое сито (раствор с гипсом применяют в течение 4–5 минут после приготовления). После оштукатуривания печь белят одним из приведенных выше составов.

Облицовка изразцами – самый гигиеничный и эстетичный вид отделки. Кроме того, такая облицовка создает надежное газонепроницаемое покрытие. Однако изразцы – большая редкость. А замена изразцов обычной кафельной плиткой чаще всего приводит к неудаче: раствор любого состава не может удержать гладкую кафельную плиту на разогретой поверхности печи.

И тем ие менее отдельные умельцы сумели найти способ надежного закрепления плитки. Например, мастер-печник А. В. Островерх применяет для этого… гвозди. Конечно, лучше использовать гвозди не обычные, а толевые, которые имеют широкие шляпки, оцинкованы и поэтому не оставляют ржавых пятен (к сожалению, эти гвозди что-то очень давно в продажу не поступают). Плитки кафеля закрепляются в углах так, что каждый гвоздь держит четыре плитки. Чтобы утопить шляпку гвоздя заподлицо с поверхностью, на углах плитки делают фаски, сточив углы приблизительно на два миллиметра. Гвозди закрепляют в отверстиях, просверленных в кирпичной степе и заполненных жидким глиняным раствором. Перед облицовкой кирпичная поверхность должна быть выровнена с помощью крупнозернистого наждачного камня, а печь – протоплена (для усадки).

Облицовку плиткой, как обычно, ведут начиная с нижнего ряда. По окончании работы шляпки гвоздей можно закрасить краской под цвет плитки. Вместо гвоздей, даже с большим эффектом, могут использоваться шурупы.

А ТЕПЕРЬ ЗА ДЕЛО

(ПОКА ПО ОБРАЗЦАМ)

В этой главе приводятся проекты некоторых практичных и надежных печей и каминов. Знакомясь с ними, читателям нужно учесть, что:

размеры печных приборов приведены те, которые были использованы авторами проектов, а не те, которые имеются в ближайшем магазине;

отсчет рядов начинается с уровня чистого пола, а не с уровня фундамента;

число кирпичей указано то, которое необходимо только дли сооружения самой печи. Поэтому не следует забывать, что определенное число кирпичей понадобится и для фундамента, и для трубы;

если труба насадная, то нагрузка на фундамент печи увеличивается, и об этом не следует забывать при выборе фундамента.

в тех случаях, когда приведены чертежи порядовок, очень важно точно следовать им, что обеспечит надежную перевязку швов.

ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ЩИТОК

Этот щиток является простейшим видом теплообменника и аккумулятора теплоты. В качестве же генератора теплоты (или попросту – топливника) используется любая недорогая чугунная печка, имеющаяся в продаже. Применение комбинации чугунной печки с отопительным щитком дает определенные преимущества, так как:

класть щиток намного проще, чем печь;

чугунная ночь прогревается значительно быстрее кирпичной и раньше создает в помещении комфортные условия. Это обстоятельство должно учитываться садоводами и дачниками, время пребывания которых в доме иногда соизмеримо со временем прогрева помещения кирпичной печью;

щиток, дополняющий чугунную печь, способен поддерживать теплоту в доме достаточно длительное время;

чугунная печь имеет одну-две конфорки и может быть использована в качество варочной.

Щиток (рис. 15) имеет размеры 38х89х224 см, теплоотдача – 430 ккал/ч (при одной топке в сутки) и 600 ккал/ч (при двух топках в сутки). Масса щитка 1210 кг.

Для изготовления щитка требуется:

309 штук кирпича;

три задвижки 130х130 мм;

три прочистные дверцы 130X140 мм (одна из них для самоварника);

вентиляционная решетка 130Х Х205 мм с клапаном.

Щиток рассчитан на два режима работы: летний и зимний. Регулируют режим с помощью трех задвижек. И теплое время года задвижки 6 и 8 открыты, в результате чего газы направляются напрямую в трубу. В холодное время открывают задвижки 6 и 7.

Рис. 15. Отопительный щиток: 1 – прочистные отверстия или дверки; 2 – место подсоединения чугунной печки или плиты; 3 – гидроизоляция; 4 – место присоединения самоварной трубы; 5 – вентиляционная решетка; 6, 7, 8 – задвижки

ОДНООБОРОТНАЯ ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ КОНСТРУКЦИИ В. ДЗИКАНА

Эта печь имеет габариты 51х89х238 см, ее теплоотдача 220 ккал/ч (рис. 16). Для ее изготовления нужно 245 штук обыкновенного кирпича и 110 штук тугоплавкого (заштрихован на рисунке клеточками); тугоплавкий кирпич может быть заменен отборным обыкновенным. Еще для печи потребуются следующие печные приборы: