Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление, 2002

Каркасная печь - компактная и сравнительно легкая. Ее масса в 2 раза меньше массы толстостенной печи ПТО такой же мощности. Недостатком печи является неравномерность теплопередачи - коэффициент неравномерности теплопередачи М при двух топках в сутки составляет 0,44 (вместо М=0,3 для печи ПТО-3300).

Тонкостенные сборно-блочные отопительные печи типа ПТИ лишены этого недостат-

ка. Печи из изразцовых блоков для увеличения теплоемкости снабжают насадками и рассечками в газоходах. На рис. 12.7 показана тонкостенная отопительная печь ПТИ-3500 (М=0,32) повышенного прогрева, собираемая из изразцовых блоков. Печь однооборотная с удалением охлажденных газов через внутристенный дымовой канал.

Рис. 12.7. Тонкостенная сборно-блочная отопительная печь повышенного прогрева: 1 - зольник; 2 - топливник; 3 - чистка; 4 - рассечки; 5 - перевал; 6 - дымовыпускной патрубок; 7 - изразцовые блоки

Печь устанавливают на подставках, на которые помещают стальной лист по двум прокладкам из угловой стали. Над зольником, находящимся в пределах первого ряда блоков, выкладывают топливник из огнеупорного кирпича на ребро внутри второго, третьего и четвертого рядов блоков. Внутри последующих четырех рядов блоков устраивают подъемный и опускные каналы с рассечками из обыкновенного кирпича. Стенки печи образуют изразцовые блоки толщиной 90 мм, укладываемые, как и кирпичи, на глиняном растворе. Блоки перекрыши защищают одним рядом кирпича. Дымовыпускной патрубок устанавливают по месту в любой боковой стенке печи.

Дымовые газы из топливника печи, как и в каркасной печи, поступают по центральному каналу до перекрыши, после перевала опускаются у наружных стенок и поверх топливника направляются к дымовыпускному патрубку.

В индивидуальном дачном строительстве целесообразно применять малогабаритные тонкостенные отопительные печи повышенного прогрева, рассчитанные на периоди-

ческое использование, отличающиеся сравнительно высоким КПД и равномерной тепло-

392

отдачей. К печам такого типа относится отопительная печь марки П-1600, имеющая размер в плане 0,5x0,57 м. Печь проста по конструкции, так как устраивается бесканальной (колпаковой) с внутренней насадкой. При ее малой высоте (всего 1,6 м) смягчается недостаток кол паковых печей - перегрев верхней части помещений.

Печь П-1600 (масса 820 кг) можно устанавливать без фундамента на пол по усиленным балкам. Однако печь не рассчитана на нагрузку от насадной дымовой трубы, и для удаления из нее газов необходимо сооружение коренной дымовой трубы.

Для кладки указанных печей используют следующие основные материалы и изделия: кирпич и глину обыкновенные, тугоплавкие и огнеупорные, изразцовые и бетонные жаростойкие блоки, песок, шамотный порошок, печную гарнитуру, печную проволоку толщиной 1,5 мм.

Кирпичные печи выкладывают из отборного (правильной формы, полномерного), хорошо обожженного, полнотелого глиняного кирпича. Силикатный кирпич не применяют, так как он разрушается при высокой температуре. Обыкновенный красный кирпич перед укладкой на место выдерживают в воде в течение 2...3 мин, а огнеупорный увлажняют. Кирпичи и блоки кладут на глинястом растворе, представляющем собой жидкую смесь глины и песка в соотношении 1:1 или 1:2. При кладке огнеупорного кирпича вместо песка используют шамотный порошок.

Тугоплавкий кирпич (типа гжельского) применяют при возведении стенок или футеровки топливников для сжигания дров, огнеупорный кирпич (шамотный) - для сжигания угля и антрацита. Укладываемые кирпичи футеровки с основной кладкой печи не перевязывают.

Все кирпичи или блоки укладывают обязательно с перевязкой швов (как правило, в пределах полукирпича или полублока). Толщина швов при кладке обыкновенного кирпича должна быть не более 5 мм, огнеупорного -не более 3 мм.

Все горизонтальные и вертикальные швы подлежат тщательному заполнению раствором.

Одновременно с возведением печи устанавливают чугунные печные приборы: загрузочную, поддувальную, прочистные дверцы, колосниковую решетку, задвижки, скрепляя их в необходимых случаях с кладкой отожженной проволокой.

Внутреннюю поверхность топливника и газоходов делают гладкой, без штукатурки, с затертыми швами. Наружная поверхность толстостенных печей может быть выполнена с декоративной расшивкой швов. Чаще поверхность оштукатуривают глинястом раствором с добавлением волокнистых материалов (асбеста, стекловолокна). Тонкостенные печи заключают в металлический футляр или отделывают асбестоцементными листами (см. рис. 12.6). В старину печи покрывали декоративными изразцами.

§ 12.8. Не теплоемкие отопительные печи

Теплоемкие печи с развитым теплоаккумулирующим массивом громоздки, занимают рабочую площадь в помещениях. Простейшие не теплоемкие печи (так называемые "времянки") имеют малые габариты, бесфундаментные, их можно устанавливать в помещениях только на отопительный сезон. К таким печам относятся металлические печи, изготовляемые из листовой стали или отливаемые из чугуна. Металлические стенки могут защищаться футеровкой. Печи обычно состоят из одного топливника без внутренних газоходов.

393

Печи такого типа быстро нагревают помещения, но поддерживают необходимую температуру воздуха только в период топки. Температура отходящих газов чрезмерно высока, поэтому КПД печей понижен (0,4...0,5). Кроме того, эти печи неудовлетворительны в гигиеническом, эстетическом и пожарном отношениях. Применяют их ограниченно для отопления временных сооружений и помещений при периодическом пребывании людей.

Более совершенны и распространены не теплоемкие печи длительного горения, в которые топливо загружается периодически, но при этом обеспечивается их продолжительная работа в течение 6...8 ч. Печи имеют незначительный массив и шахтный топливник увеличенного объема. На рис. 12.8 изображена стационарная каркасная отопительная печь длительного горения тепловой мощностью 2800 Вт (масса 350 кг, площадь нагревательной поверхности 2,4 м2, КПД печи 0,85...0,88). Топливник печи выполняют в виде узкой внутренней шахты из огнеупорного кирпича на ребро, кладку топливника стягивают двумя болтами. Подом шахты служит подвижная колосниковая решетка. В верхней части шахты устраивают отверстие для удаления водяного пара и частично газов, выделяющихся при подсушке и горении топлива. Поддувальную дверцу снабжают приспособлением для регулирования подачи воздуха и, таким образом, интенсивности горения топлива

(0,26... 1,0 кг/ч).

Горение происходит на поверхности естественного откоса топлива. В процессе горения топливо постепенно сползает вниз, и слой горящего топлива сохраняет постоянную толщину, т.е. в печи поддерживается постоянный режим горения. При расчете не теплоемких печей определяют площадь наружной нагревательной поверхности при известной тепловой мощности, задаваясь величиной удельного теплового потока по опытным данным (например, 3500 Вт/м2 для гладкой металлической поверхности печи при сжигании угля). При этом учитывают также теплоотдачу стальных печных труб, если они имеются.

394

тала. Очаг для сжигания топлива лишь частично ограждают стенками. В помещение поступает излучение от сгорающего топлива и нагретых стенок.

Камин является декоративным элементом интерьера, благоприятно воздействует на людей, ускоренно обогревает помещение, способствует увеличению в нем воздухообмена. Однако как отопительное устройство камин несовершенен - его КПД не превышает

0,15...0,2.

По конструкции чаще встречаются камины с односторонним излучением от наклонной задней и развернутых боковых стенок (рис. 12.9), хотя возможно устройство менее эффективных по теплотехническим показателям каминов с двух- и трехсторонним излучением.

Рис. 12.9. Камин с односторонним излучением: 1 - зольник; 2 -под с колосниковой решеткой посередине; 3 - топливник; 4 - наклонная задняя стенка; 5 - дымовой карниз; 6 - дымовая камера; 7 - задвижка; 8 - дымовая горловина; 9 - отвод; 10 - дымовая труба; 11 - подтопочный лист

На рисунке даны общий вид и разрезы по камину, находящемуся на промежуточном этаже здания. Под камина снабжают колосниковой решеткой. Заднюю стенку выполняют наклонной (см. разрез на рис. 12.9) для усиления излучения в нижнюю зону помещения. Над задней стенкой устраивают выступ - дымовой карниз для сбора конденсата, выпадающего из газов при растопке камина. Выше карниза помещают дымовую камеру для сбора продуктов сгорания топлива перед горловиной. Боковые и заднюю стенки, а также под камина футеруют огнеупорным кирпичом.

396

§ 12.9. Проектирование печного отопления

Прежде всего, выбирают печь, подходящую для отопления помещения, с учетом требований, предъявляемых к ее конструкции (§ 12.2). Желателен выбор печи типовой конструкции, причем тепловая мощность, указанная в ее техническом паспорте, должна равняться расчетным теплопотерям помещения. Точного совпадения этих показателей обычно не достигают (при выборе печи допустимо отклонение ±15 %), поэтому после выбора теплоемкой печи приходится приводить ее теплоотдачу в соответствие с теплопотерями помещения. Для этого уточняют размеры и показатели элементов печи с учетом вида топлива и расположения ее в помещении: проверяют высоту топливника (см. § 12.4), тепловосприятие и скорость движения газов в каналах, теплоаккумулирующую способность и плотность теплового потока на теплоотдающей поверхности (см. § 12.5).

Затем выявляют влияние неравномерности теплопередачи печи на изменение температуры воздуха в помещении. Известно, что при эксплуатации одной и той же печи в различных по конструкции помещениях колебания температуры воздуха в них могут значительно отличаться. Поэтому проделанные расчеты дополняют проверкой на теплоустойчивость помещения, характеризующуюся амплитудой колебания температуры воздуха в этом помещении.

Амплитуду колебания температуры воздуха At, °C, при печном отоплении помещения определяют по формуле

где М - коэффициент неравномерности теплопередачи, принимаемый по паспорту печи; В - коэффициент теплопоглощения i-й ограждающей конструкции помещения, Вт/(м2·°С), вычисляемый по формулам, приведенным в [6]; А - площадь внутренней поверхности i-й ограждающей конструкции, м2.

В формуле (12.16) числитель выражает тепловой поток, недодаваемый или излишне подаваемый печью в помещение при периодической топке, знаменатель - тепловой поток, выделяемый или поглощаемый поверхностью всех ограждений при изменении на 1 °С температуры воздуха в том же помещении.

Значение At, вычисленное по формуле (12.16), не должно превышать 3 °С. Если At>3 °C, то, несмотря на удовлетворительное выполнение предыдущих проверок, необходимо вновь возвратиться к выбору печи, но более массивной с пониженным значением коэффициента М.

Проектирование печного отопления завершают разработкой противопожарных мероприятий. Печи устанавливают так, чтобы соблюдались следующие правила:

расстояние от топочной дверцы до противоположной стены должно быть не менее

1250 мм;

высота от поверхности пола до дна зольника и газооборотов - не менее 210 мм;

высота от верха перекрыши до незащищенного от возгорания потолка - не менее 350 мм для печей с периодической топкой и 1000 мм для печей длительного горения (при защищенном потолке - соответственно 250 и 700 мм).

397

Конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов, примыкающие к печам и дымовым трубам, защищают от возгорания разделками - вставками из негорючих материалов. Вертикальные разделки у печей и дымовых труб, установленных в проемах стен из горючих материалов, предусматривают на всю их высоту в пределах помещений, причем толщину разделок принимают не менее толщины стены. Горизонтальные разделки устраивают в тех местах, где конструкции здания из горючих или трудногорючих материалов примыкают к дымовым каналам. Разделки выполняют в виде утолщения кладки каналов по правилам, указанным в прил. 16 [1]. Верх разделки делают выступающим на 70 мм над полом вышерасположенного помещения.

При расположении печей и дымовых труб вдоль стен устраивают воздушные полости - отступки на всю их высоту (шириной не менее 130 мм при толстостенных печах и 250 мм при тонкостенных). Стены и перегородки в отступках из горючих или трудногорючих материалов защищают теплоизоляционными негорючими материалами.

В чердачных помещениях расстояние от наружной поверхности дымовых каналов до конструкции из горючих и трудногорючих материалов принимают в свету не менее 130 мм. При конструкциях из металла или железобетона расстояние не менее 130 мм считают от внутренней поверхности стенок каналов.

Пол из горючих или трудногорючих материалов перед фронтом печей защищают металлическими листами, пол под каркасными печами на ножках - металлическими листами по асбестовому картону толщиной 10 мм.

Пример 12.1. Проверим пригодность тонкостенной печи повышенного прогрева марки ПТК-3000 (см. рис. 12.6) для отопления углового помещения деревянного здания. Помещение имеет размер в плане 5,25×3,55 м, высоту 3 м, двойные окна площадью 4,8 м2, внутреннюю дверь площадью 1,8 м2. Расчетные теплопотери помещения Qп=3100 Вт. Топливо для печи - дрова с Qpн = 12600 кДж/кг. Печь массой 780 кг обладает коэффициентом М=0,44 при двух топках в сутки.

Принимаем продолжительность топки печи по табл, 12.1 с поправочным коэффициентом 1,5 для печи повышенного прогрева, т.е. m = 1,25-1,5 = 1,9 ч. При двух топках в сутки промежуток времени между топками n = 12 - 1,9 = 10,1 ч.

Расчет топливника. Расход дров за одну топку по формуле (12.1) составляет

Расчетная площадь пода печи по формуле (12.2) при ρ=400 кг/м3 и hсл=0,3 м (Прил. 1)

близка к фактической площади пода (см. рис. 12.6), равной 0,51-0,26 = 0,133 м2.

В топливнике печи установлена колосниковая решетка размером 0,25×0,15 м. Удельное напряжение колосниковой решетки найдем из формулы (12.3)

что меньше допустимого напряжения, равного 250 кг/(ч·м2).

398

Требуемую высоту топливника вычислим по формуле (12.4) при Qг/Vт = 405000 Вт/м3

(Прил. 1)

Высоту топливника печи по рис. 12.6 (соответственно размеру кирпича 0,42...0,49 м) оставляем без изменения.

Площадь поддувального отверстия печи составляет Ап.о = 0,120,12 = 0,0144 м2. Скорость движения воздуха в поддувальном отверстии определим из формулы (12.5) при L0=10

м3/кг (Прил. 1) и tв=20 °C.

Скорость движения воздуха в допустимых пределах.

Проверка тепловосприятия печи. Печь за срок нагревания и остывания (12 ч) должна передать в помещение общее количество теплоты, найденное по формуле (12.6),

По рис. 12.6 установим площадь внутренней поверхности топливника и газоходов печи, по Прил. 2 - плотность воспринимаемого теплового потока:

Тепловосприятие внутренними стенками печи в течение 1 ч вычислим по формуле (12.8)

В течение одной топки (1,9 ч) тепловосприятие печи составит

что значительно меньше требуемого тепловосприятия (133920 кДж).

Увеличим высоту газоходов печи на 0,13 м (один ряд кирпича на ребро). Площадь восприятия возрастет: первого газохода на 0,1 м2, промежуточных на 0,46 м2. Тогда

Отклонение от Qтробщ, равное 11 %, допустимо.

Таким образом, принимаем высоту печи 1,55 + 0,13 = 1,68 м.

399