Любая бытовая печь кирпичной кладки состоит из основания печи (фундамента), корпуса, или массива, печи и дымовой трубы.
Оглавление:
Фундамент
Печи массой менее 750 кг устанавливают на полу без фундамента. На полу без фундамента можно выложить только кухонную плиту. В случае, если прочность пола окажется недостаточной, его усиливают балками, которые устанавливают на кирпичных столбиках. При этом на пол под основание печи подстилают листовой асбест на глиняном растворе, сверху прибивают железный лист и только после этого поднимают основание печи (фундамент) двумя рядами кирпичной кладки. После этого начинают кладку печи с первого ряда по чертежам. При этом расстояние от сгораемой части пола до дымоходов будет равняться толщине трех рядов кирпичной кладки. Уменьшение толщины основания печи недопустимо в пожарном отношении.
Но большинство печей устанавливают на специально возведенном фундаменте, который является опорой корпуса печи и дымовой трубы.
Зная, что масса одного кирпича в среднем 3,5 кг, можно подсчитать приблизительно массу любой бытовой печи. Например, для кладки русской печи размером 141×141 см с трубой потребуется около 1500 кирпичей. Приблизительная масса печи составляет 1500×3,5 = 5250 кг.
Фундаменты под печи бывают сплошными (рис. 2, 3), столбчатыми (рис. 4, 5) и смешанными. Фундаменты должны быть шире основания печи на 5—7 см в каждую сторону. Глубина заделки фундаментов зависит от свойств грунта и уровня грунтовых вод. Грунты бывают скальными, крупнообломочнуми, песчаными и глинистыми.
Скальные грунты — это сплошные прочные породы и некоторые осадочные породы: песчаники, известняки. Они обладают высоким сопротивлением сжатию и стойкостью против грунтовых вод.
Крупнообломочные грунты — это обломки скальных пород. Они тоже являются прочными основаниями, так как в этих грунтах имеется большое количество щебня, гравия и гальки.
Песчаные грунты состоят из достаточно плотных и прочных частиц для устройства оснований под фундаменты печей.
Глинистые грунты определяют по содержанию в них глины. Глина в чистом виде в природе встречается очень редко, поэтому глинистым считается такой грунт, в котором содержится более 25% глины. Если в грунте глина содержится в пределах 10—25%, такой грунт называют суглинком, а грунт с содержанием глины до 10% — супесью.
Иногда встречаются грунты с крупными порами, которые опасны тем, что при попадании в них грунтовых вод они легко разжижаются и теряют прочность. Такими являются насыпные грунты, которые имеют большую рыхлость.
В сухих песчаных грунтах глубина заложения фундамента может составлять 50 см, в глинистых — 75 см.
Грунт, на который опирается основание фундамента, называется его подошвой. Во влажных грунтах глубина котлована от уровня земли должна быть не менее 1 м. Кладку фундамента в них ведут на глиноцементном растворе. В сухих грунтах фундаменты кладут на известковом растворе 1:3 (1 ч. известкового теста и 3 ч. песка). В прочных сухих грунтах для печей массой до 2 т глубину заложения фундаментов можно уменьшить до 25 см, а для печей массой до 3 т — соответственно до 40 см. Во влажных грунтах глубину заложения фундаментов уменьшать не рекомендуется.
Для кладки фундаментов печей могут быть применены бутовый камень, булыжный камень, кирпичная щебенка всех видов, гравий и галька, обыкновенный глиняный обожженный красный кирпич, угольный шлак, железняк.
Для устройства фундамента в грунте отрывают котлован. Размеры котлована должны быть шире основания печи на 10—15 см в каждую сторону.
1 — пол; 2 — корпус печи; 3 — два ряда кирпичной кладки; 4 — выступ 50—70 мм; 5 — наружный фундамент; 6 — уровень грунта; 7 — фундамент в грунте; 8 — подошва фундамента
Сначала в вырытый котлован укладывают материал (бутовый камень, кирпичную щебенку и т.д.) толщиной до 10 см, затем заливают жидким цементным раствором. Бутовый камень выкладывают, соблюдая правила перевязки швов, промежутки заполняют мелким камнем. Таким способом фундамент доводят до уровня грунта. По верху фундамента в грунте настилают гидроизоляционный слой (3 слоя рубероида или толя). На гидроизоляционном слое возводят наружный фундамент.
Наружный фундамент можно выкладывать из тех же материалов, что и фундамент в грунте. Высота кладки зависит от глубины подпольного помещения. При кладке наружного фундамента из кирпича по краям кладут целые кирпичи, а в середину — половинки. Наружный фундамент должен быть меньше фундамента в грунте на 5—7 см во все стороны.
Следует помнить, что площадка наружного фундамента должна быть шире основания печи во все стороны на 5—7 см. Наружный фундамент не доводят до уровня пола на 14—15 см (на два ряда кирпичной кладки). Пол вырезают по размерам основания печи.
По размерам основания печи, соблюдая правила перевязки швов, выкладывают один ряд кирпичной кладки. После этого выкладывают второй слой гидроизоляции (два слоя рубероида или толя). Второй ряд кирпичной кладки должен соответствовать уровню пола или быть выше, но не более чем на 3—5 см. На этом кладка фундамента печи считается законченной, далее начинается кладка корпуса печи.
На рисунках ниже (2, 3) показаны сплошные фундаменты. Наружные сплошные фундаменты из мелкого камня, кирпичного щебня и гравия выкладывают с помощью коробок, сколоченных из досок. Коробки наполняют слоями щебня до 10 см, тщательно уплотняют трамбовкой и заливают цементным раствором. Наружные фундаменты из шлакобетона должны быть шире размеров основания печи на 7—10 см в каждую сторону.
Наружные сплошные фундаменты из мелкого камня, кирпичной щебенки, гравия и шлакобетона тоже не доводят до уровня пола на 14—15 см. По верху выровненного цементным раствором фундамента настилают первый слой гидроизоляции из двух слоев рубероида или толя. После этого по размерам основания печи выкладывают первый ряд кирпичной кладки, затем выстилают второй слой гидроизоляции. По нему выкладывают второй ряд кирпичной кладки, который должен соответствовать уровню пола или быть выше, но не более чем на 3—4 см.
1 — пол; 2 — два ряда кирпичной кладки; 3,6 — гидроизоляция; 4,7 — выравнивающие слои из цементного раствора; 5 — наружный фундамент из шлакобетона; 8 — фундамент в грунте из кирпичного щебня и гравия; 9 — грунт
1 — пол; 2 — наружный фундамент из кирпичной кладки; 3 — гидроизоляция; 4 — выравнивающий слой; 3 — фундамент в грунте; 6 — грунт
На скалистых и каменистых грунтах фундаменты в грунте не делают, а выкладывают наружный фундамент с поверхности грунта. Для экономии строительного материала наружные фундаменты можно возводить на двух столбиках (рисунки 4, 5). При этом фундаменты в грунте можно возводить сплошными, как сказано выше, или отдельно для каждого столбика. При кладке столбиков из кирпича по краям кладут целые кирпичи, а в середину — половинки. Ширина столбиков должна равняться длине 1—1,5 кирпича.
1 — пол; 2 — гидроизоляция; 3 — столбики из кирпичной кладки; 4 — фундамент в грунте; 5 — выравнивающий слой; 6 — грунт
1 — пол; 2 — гидроизоляция; 3 — выравнивающий слой; 4 — железобетонные перемычки или плита; 5 — фундамент в грунте из бутового камня и щебня; 6 — грунт; 7 — столбики из кирпичной кладки
Расстояние между столбиками перекрывают железобетонными перемычками или железобетонной плитой. После разравнивания цементным раствором укладывают один ряд кирпичной кладки по размерам основания печи. По уложенной гидроизоляции кладут второй ряд кирпичной кладки, который должен соответствовать уровню пола.
Если расстояние между столбиками не больше длины двух кирпичей, то столбики можно соединить путем напуска кирпичей в сплошную плоскость фундамента. При этом столбики не доводят до напуска 5 рядов кирпичной кладки (см. рис. 4). После соединения сплошной плоскости фундамента по размерам основания печи укладывают первый ряд кирпичной кладки, по нему — гидроизоляцию, после этого — второй ряд кирпичной кладки, который должен быть на уровне пола.
Во время сооружения печей давление на грунт постепенно возрастает, при этом увеличивается и осадка фундамента. С окончанием кладки печи и дымовой трубы осадка фундамента прекращается. Между фундаментами стен здания и печи оставляют осадочные швы толщиной 5—7 см, которые заполняют песком. Осадочные швы оставляют из-за различной степени осадки стен здания и печи.
В верхних этажах зданий печи могут опираться на нижестоящую печь или на специальные балки (стальные, чугунные, железобетонные), заделанные в стены на несгораемых перегородках, которые предусматриваются проектом здания.
Корпус печи
Основными частями корпуса печи являются топливник и дымоход (рис. 6а, 6б).
а — фасад; б — разрезы А-А, Б-Б; в — кладка 1-13 рядов; 1 — дымовая задвижка; 2 — отверстия для чистки; 3 — топочная дверка; 4 — поддувальная дверка; 5 — топливник; 6 — колосниковая решетка; 7 — зольниковая камера
г — разрезы В-В, Г-Г; д — кладка 14-35 рядов; 1 — дымовая задвижка; 2 — отверстия для чистки; 3 — топочная дверка; 4 — поддувальная дверка; 5 — топливник; 6 — колосниковая решетка; 7 — зольниковая камера
Рассматривая фасад печи, можно без труда установить, где расположены дымовая задвижка 1, топочная дверка 3 и поддувальная дверка 4. Здесь же видна прочистная дверка 2.
На вертикальных разрезах А—А и Б—Б и на горизонтальных разрезах В—В и Г—Г виден топливник 5 с зольниковой камерой 7 и колосниковой решеткой 6. Зольниковая камера является местом сбора золы, остатков несгоревших частиц топлива и мелких несгораемых предметов. Через поддувальную дверку и зольниковую камеру к топливу, уложенному на колосниковую решетку, поступает воздух для его сжигания. Колосниковая решетка уложена на полу топливника. Размеры зольниковой камеры 250x250x200 мм.
Топливник
Топливник является основной частью печи, так как в нем происходит процесс горения топлива с последующей передачей теплоты всему массиву печи. Стандартные размеры топливника — 250x250x910 мм.
Колосниковая решетка установлена на один ряд кирпичной кладки ниже топочной дверки. При этом легко сразу загрузить в топливник необходимое количество топлива и предотвратить выпадение горящих углей при шуровке топлива.
По возможности кладку топливника и его перекрытия проводят из огнеупорного кирпича, что дает возможность применять высококалорийное топливо (каменный уголь и антрацит).
В топливнике происходит процесс горения топлива с выделением теплоты, которая при продвижении по дымоходам газов передается всему массиву печи.
Дымоход
Дымоходы — это каналы, которые размещаются в массиве печи и служат для удаления дымовых газов из топливника через дымовую трубу в атмосферу. При этом горячие дымовые газы отдают теплоту внутренним стенкам печи. Схемы движения дымовых газов в бытовых печах показаны на рис. 7.
а — многооборотная печь с вертикальными каналами; б — однооборотная печь; в — печь с верхней и нижней отопительными камерами; г — печь с усиленным нижним обогревом с верхней и нижней отопительными камерами
Прежде проблема теплопоглощения решалась кладкой многооборотных печей, имеющих ряд последовательно соединенных вертикальных каналов (рис. 7,а). Путь прохождения горячих дымовых газов в многооборотных печах очень велик. Для продвижения дымовых газов по такому длинному пути необходима большая тяга дымовой трубы. Для этого необходимо, чтобы отходящие дымовые газы в трубе имели высокую температуру. Поэтому приходится расходовать большое количество топлива, что приводит к снижению КПД печей.
В таких печах происходит неравномерный прогрев их внутренних стенок. Первый восходящий канал прогревается сильнее, чем остальные, а последний — совсем незначительно. В таких печах появляются трещины в кладке, печь становится опасной в пожарном отношении. Кроме того, при пользовании ею возможно отравление угарным газом.
В настоящее время многие печники отказались от многооборотных печей и перешли к кладке однооборотных печей (рис. 7,б).
В однооборотных печах путь движения дымовых газов короткий: горячие дымовые газы поднимаются по одному вертикальному каналу и опускаются по нескольким опускным каналам. Затем они уходят в дымовую трубу по другому вертикальному каналу.
Преимущества системы дымоходов данной конструкции перед многооборотными очевидны. В данной системе дымоходов кроме сокращения пути движения горячих газов успешно решена задача теплопоглощения. В опускных вертикальных каналах происходит саморегулирование движения газов, что обеспечивает более равномерный прогрев внутренних стенок печи. В таких печах трещины в кладке не появляются.
Температура горения в топливнике таких печей не слишком высока, хотя температура отходящих газов около дымовой задвижки поддерживается в пределах 120— 150°С. Поэтому в таких печах топливо сгорает меньше, хотя эти печи хорошо прогревают помещения. КПД таких печей достигает 70—75%.
Несмотря на ряд преимуществ однооборотных печей перед многооборотными, верхняя часть в них прогревается сильнее, чем нижняя. Поэтому они не обеспечивают минимальную разницу температур у пола и у потолка в пределах 2—3°С. Пол в таких помещениях бывает холодным.
Для большей теплоотдачи печей разработаны их специальные конструкции с нижней и верхней отопительными камерами. На рис. 7,в и 7,г приведены схемы движения дымовых газов в массиве таких печей. Теплоотдача нижних частей таких печей намного превышает теплоотдачу их верхних частей. Не усвоенная массивом печи теплота вместе с дымовыми газами уходит в атмосферу. Чем выше температура отходящих газов, тем меньше КПД печи. Печи с такими системами движения дымовых газов отвечают всем требованиям, предъявляемым к бытовым печам.
Положительные результаты, полученные при эксплуатации печей с такими системами дымоходов, позволяют сделать вывод о том, что они экономичны в топливном отношении и имеют высокий КПД. Печи этой конструкции смонтированы на основе «вольного” движения газов в них.
На поперечных и продольных разрезах (см. рис. 6,б и 6,г) отопительной печи сплошной линией показано движение горячих дымовых газов в прогреваемой печи во время ее топки. Штриховой линией показано движение холодного воздуха в нагретой печи после окончания топки перед полным закрытием дымовой задвижки.
Во время топки в прогревающейся печи горячие дымовые газы из топливника 1 поднимаются вверх до его перекрытия. Здесь горячие газы и несгоревшие частицы топлива хорошо перемешиваются с кислородом воздуха и полностью сгорают. При этом горение заканчивается внутри топливника и топливо используется полностью. Несгоревшие частицы топлива не попадают в дымоходы и не засоряют их. Затем продукты полного горения топлива опускаются вниз и через отверстие в топливнике попадают в дымоходы нижней отопительной камеры, поднимаются до ее перекрытия и, остывая, опускаются по двум дымоходам до уровня первого ряда кирпичной кладки печи. Отсюда дымовые газы поступают в вертикальный соединительный канал и поднимаются по нему в верхнюю отопительную камеру до перекрытия печи.
Отдавая свою теплоту внутренним стенкам верхней отопительной камеры, дымовые газы опускаются по двум вертикальным каналам до уровня перекрытия нижней отопительной камеры. Далее дымовые газы собираются в вертикальный канал и, поднимаясь по нему, через дымовую задвижку поступают в дымовую трубу и удаляются в атмосферу.
Движение горячих дымовых газов в прогревающихся печах происходит в окружении холодного пространства, вследствие чего поток газов направляется вверх, а струя охлаждающего газа самопроизвольно опускается вниз. В таких печах в каждой ее части дымовые газы движутся в корпусе печи свободно на основе закона естественной конвекции.
Согласно этому закону, движение холодного воздуха после окончания топки перед полным закрытием дымовой задвижки происходит следующим образом. Холодный комнатный воздух, поступающий в топливник через неплотности поддувальной и топочной дверок, поднимается до пятого ряда кирпичной кладки топливника и через отверстие в топливнике попадает в нисходящий вертикальный канал, опускается по нему до уровня кладки первого ряда. Отсюда холодный воздух поступает в вертикальный соединительный канал, поднимается по нему до перекрытия нижней отопительной камеры, по горизонтальному каналу над перекрытием нижней отопительной камеры и топливника поступает в вертикальный канал и через дымовую трубу уходит в атмосферу.
Такое движение холодного воздуха в прогретой печи происходит потому, что он тяжелее горячего воздуха и не может поступить в верхние части топливника нижней и верхней отопительных камер. Нагретый в топливнике и в отопительных камерах воздух прижимается к их перекрытиям с силой, зависящей от массы наружного воздуха в объеме отопительных камер и массы горячего воздуха, заполняющего эти камеры. Такие печи имеют как бы автоматические задвижки и не остывают при неплотно закрытой задвижке во время догорания топлива, что невозможно в многооборотных и однооборотных печах.
Из схемы движения дымовых газов видно, что нижняя отопительная камера поглощает намного больше теплоты, чем верхняя. Практика показывает, что нижняя отопительная камера поглощает до 75%, а верхняя — до 25% теплоты, усвоенной печью. В таких печах теплота, усвоенная отопительными камерами и топливником, хорошо сохраняется между топками, что дает возможность уменьшить суточное колебание температуры в помещении до 2—3°С при одноразовой топке, если температура наружного воздуха минус 20°С, и при двухразовой топке, если температура наружного воздуха минус 35—40°С.
Как говорилось выше, нижняя часть печей этой конструкции прогревается сильнее, чем верхняя. Этим и обеспечивается равномерный прогрев помещений с минимальной разницей температуры воздуха в помещении у потолка и у пола до 2—3°С. В топливнике таких печей происходит полное сгорание топлива и постоянно поддерживается высокая температура. Печи этой конструкции отвечают всем требованиям, предъявляемым к бытовым печам; они получили широкое распространение в сельской местности.
Основные требования, предъявляемые к дымоходам печей:
- дымоходы в корпусе печи должны быть устроены так, чтобы нижняя часть внутренней поверхности печи прогревалась сильнее верхней;
- внутренняя площадь печи должна быть достаточной для поглощения такого количества теплоты, чтобы уходящие в атмосферу дымовые газы у выхода из трубы имели температуру около 100— 110°С;
- для того чтобы теплопоглощения печи хватило на обогрев помещения в течение суток (в промежутки между топками), площадь внутренней теплопоглощающей поверхности печи должна превышать площадь наружной теплоотдающей поверхности на 30-35%;
- площадь сечения дымоходов у отопительных и отопительно-варочных печей должна быть в пределах 250—300 см², а у русских печей — в пределах 625—650 см²;
- внутренние поверхности дымоходов должны быть ровными и гладкими, что уменьшает сопротивление проходу дымовых газов.
Дымовая труба
Дымовая труба служит для отвода остывших дымовых газов из печи в атмосферу, обеспечивая при этом подсос воздуха в топливник через поддувальную дверку и прозоры колосниковой решетки.
В сельской местности в основном применяют насадные и коренные дымовые трубы. Насадные трубы всей своей тяжестью опираются на массив печи, коренные — на специально сооруженные фундаменты. Коренные трубы чаще применяют в двухэтажных зданиях и дымоходы отводят отдельно от каждой печи. Они бывают отдельными от зданий или же в виде дымовых каналов в капитальных каменных стенах. Дымовые каналы в капитальных зданиях желательно чередовать с вентиляционными каналами в 1/2 кирпича, что позволяет улучшить тягу в вентиляционных каналах.
а: 1 — отопительная печь; 2 — насадная дымовая труба
б: 1 — отопительная печь; 2 — коренная дымовая труба.
Насадные дымовые трубы строят над самой печью в виде кирпичного стояка. Их выводят наружу через потолочное перекрытие и кровлю. С насадными трубами строят почти все бытовые печи в одноэтажных зданиях.
Насадная труба состоит из следующих частей: разделки у потолка, стояка в чердачном помещении, выдры (расширения) у кровли, стояка выше кровли и оголовка трубы с металлическим колпаком (рис. 8).
1 — шейка печи; 2 — разделка у потолка; 3 — слой асбеста; 4 — потолок; 5 — потолочная теплоизоляция (песок); 6 — стояк; 7 — балка; 8 — стропила; 9 — обрешетка; 10 — кровельная сталь; 11 — выдра; 12 — шейка трубы; 13 — оголовок трубы; 14 — металлический колпак; 15 — дымовая задвижка
Разделка предохраняет от возгорания деревянные конструкции потолка. Разделка сооружается в виде утолщения стенок от внутренней поверхности дымовой трубы к сгораемой конструкции потолка. Размеры разделки во все стороны должны составлять не менее 25 см при устройстве с изоляцией между разделкой и потолком и не менее 38 см — без устройства изоляции. В качестве изоляции применяют асбест, реже — двухслойный войлок, предварительно пропитанный глинопесчаным раствором. Изоляцию прокладывают на всю толщину потолочного перекрытия.
Трубу в чердачном помещении выкладывают строго вертикально. Во время кладки трубы выше кровли устраивают выдру и оставляют при ее кладке железные листы, препятствующие прониканию осадков в чердачное помещение. Затем строго вертикально выше кровли выкладывают стояк. Кладку трубы завершают устройством карниза — оголовка трубы. Чтобы осадки не попадали на внутренние стенки трубы, на оголовке трубы устанавливают железный колпак.
При кладке простых кухонных плит и кухонных плит с духовкой применяют дымовые трубы с площадью внутреннего сечения около 170 см , которые выкладывают по 4 кирпича в ряду (рис. 9,а). Площадь сечения дымовых труб отопительных и отопительно-варочных печей должна быть около 325 см². Трубы выкладывают по 5 кирпичей в ряду (рис. 9,б). Русские печи должны иметь дымовую трубу с площадью внутреннего сечения около 625—650 см²; их выкладывают по 6 кирпичей в ряду (рис. 8,в).
Печи лучше всего располагать так, чтобы дымовые трубы проходили вблизи конька крыши, в этом случае исключается задувание ветра в трубу. Высота дымовой трубы должна быть не менее 4—5 м, считая от уровня зольниковой камеры.
Высота дымовых труб должна сочетаться с внешним оформлением здания. Она не должна быть ниже 0,5 м от конька крыши, если оголовок трубы находится на расстоянии до 1,5 м от конька (рис. 10). Если труба находится в пределах 3 м от конька, то верхняя плоскость трубы может быть на уровне конька крыши. Если дымовая труба находится на расстоянии свыше 3 м от конька крыши, то высота трубы должна быть не ниже линии, проведенной от конька крыши вниз под углом 10° к горизонтальной линии. Во всех случаях верхняя плоскость оголовка трубы должна быть не ниже 0,5 м над кровлей.
Кирпичная кладка трубы должна быть сделана полнотелым красным кирпичом с тщательным заполнением швов. В пределах чердачного помещения дымовые трубы оштукатуривают и белят. Трубу в чердачном помещении и над кровлей желательно выложить с применением цементного раствора. Для кладки трубы до потолочного перекрытия используют обыкновенный глинопесчаный раствор. Высота дымовой трубы должна быть не менее 2,5—3 м от перекрытия печи. Металлический колпак на оголовок трубы устанавливают с таким расчетом, чтобы дым из трубы выходил параллельно коньку крыши.