Кирпичные печи: виды, устройство, расчет, технология строительства самостоятельно

Старая добрая печь из кирпича не сдает своих позиций под натиском современных высокоэффективных конкуренток. Споров – почему? – не счесть, но вообще-то причина одна: кирпичная печка дышит. Каменная, между прочим, нет.

Что значит – дышит? При прогреве микропористое тело печи выделяет в воздух обогреваемого помещения пары влаги, а при остывании вбирает их в себя. В результате кирпичная печь поддерживает т. наз. точку росы в помещении в оптимальных с точки зрения физиологии пределах. Когда говорят, что кирпичная печь «здоровее» любой другой, то, ведомо или неведомо, имеется в виду именно этот фактор.

Помимо благотворного влияния на здоровье, дыхание печи дает еще одно немаловажное следствие: при медико-теплотехническом расчете дома нижние пределы температуры в нем можно снизить до 18 градусов по комфортности и до 20 градусов по медицине, т.к. относительная влажность воздуха в отопительный сезон будет близка к оптимальной. В деревянных и кирпичных зданиях печь для дома может дать сверхэкономию: при 16-17 градусах в них свыше 80% физически здоровых людей не ощущают дискомфорта, и постельное белье остается сухим. А в каменном или бетонном доме, отапливаемом батареями, и при 18 градусах может быть зябко.

При отоплении водяными регистрами нижние температуры нужно брать в 20 и 22 градуса соответственно, а при отоплении ИК-излучателями, электрическими или газовыми каталитическими, еще на градус выше; ИК-приборы сильно сушат воздух. Поэтому кирпичная отопительная печь с КПД (коэффициентом теплоотдачи) в 50% может по затратам на отопление оказаться экономичнее суперсовременной металлокомпозитной с КПД в 70%, ведь теплопотери дома сильно, по степенному закону, зависят от разницы внутренней и наружной температур (температурного градиента).

Внешний конвектор для печи

Примечание: небольшого дыхания металлической печи можно добиться, огородив ее конвекционным экраном (см. рис.) толщиной 30-40 мм из фанеры, выдержанной древесины лиственных пород или нескольких слоев гипсокартона. Заодно будет обеспечен равномерный прогрев помещения по высоте. Но дыхание такой печи глубоким и ровным не будет. Тут современные технологии до кирпича еще не дотягиваются.

Дыхание печи в сочетании с физиологией дает экономическое следствие второго порядка: отопительный сезон можно начинать позже, а заканчивать раньше. В средней полосе РФ разница за год может достигать недели, а в Черноземье и южнее – 2-3. На которые не нужно будет закупать топливо. А если учесть, что хорошая кирпичная печка работает на всем, что горит, включая бросовое и дешевое альтернативное топливо (пеллеты и т.п.), то экономия еще возрастает.

Примечание: в глобальном масштабе кирпичные печи пока в экологию вписываются плоховато – добыча и производство материалов для них наносит урон окружающей среде больший, чем экономия от печного отопления на потерях в тепловых магистралях и ЛЭП. Но в данном случае спрос уже не рождает, а диктует предложение. В ведущих печных фирмах идет тихая, но напряженная работа по улучшению технологий производства печных материалов и созданию кирпичных печей, допускающих транспортировку в готовом виде и установку сразу на месте использования.

Желающих сложить печь своими руками не убывает. Печники-профессионалы тоже цену не ломят: их работа востребована, конкуренция довольно высока, и, кроме того, большинство из них энтузиасты своего дела. Но чтобы взяться за печку самому или со знанием дела рассмотреть предложенный проект, нужно знать основные принципы строительства печей, о чем и написана настоящая статья.

Только ли в доме?

Кирпичная печь на хозяйстве пригодится не только для отопления и готовки. Стационарная печь-коптильня может принести очень хороший доход, как и мангал или барбекю ИП, работающему в области общественного питания.

В быту важна прежде всего высокая теплоемкость кирпича, обеспечивающая длительную теплоотдачу после протопки. Раз топка пуста, можно спать спокойно, не опасаясь угара. Для производственных печей на первый план выходит уже низкая теплопроводность кирпича, дающая возможность создать высокую концентрацию тепла в рабочей зоне. В таком случае дыхание печи становится уже вредным фактором, и его чаще всего пресекают, помещая печь в газонепроницаемый футляр.

Мелким бизнесменам, специализирующимся на кустарном промышленном производстве, стоит подумать о таких видах промышленных печей, которые вполне возможно сделать самому:

• Вагранка – на хоздворе в ней можно за раз переплавить до 50 кг металлолома.
• Муфельная печь – для закалки металлоизделий с одновременным цементированием.
• Кузнечный горн.
• Обжиговая печь для керамики и др.

Примечание: кирпичные печи не рекомендуются для отопления теплиц, оранжерей, птичников, скотных дворов. Дышащая миазмами печь и воздух испортит, и сама скоро испортится.

Дело в том, что фабричные образцы малых промышленных печей рассчитаны на транспортировку по частям или в собранном виде. Поэтому и цены на них непомерно велики. Но, выкладывая печь на месте, можно получить не худшую, не влезая в неподъемный кредит, и развернуть прибыльный бизнес. Мы же пока остановимся подробнее на отопительно-варочных печах: они первыми появились в обиходе и заложенные в них принципы справедливы и для прочих.

Примечание: отдельного разбора требуют печи для бани. Здесь кирпич также оказывается на высоте, но по несколько другим причинам. Банным печам далее будет посвящен особый раздел.

Печь в доме

Дом не обязательно строить от печки, можно и печку подобрать подходящую к дому. Но сначала нужно провести теплотехнический расчет здания с учетом описанных выше факторов и определить место для печи в доме. Нужно также знать, что утепление дома снаружи повышает эффективность печного отопления много более, чем обогрева регистрами. И, в свою очередь, обшивка дома сайдингом намного упрощает и удешевляет утепление. Т.е., оптимальный проект домовой печи изначально должен быть комплексным.

Место печи в доме

Что касается планировки, то здесь возможны разные варианты, см. рис. Дом слева на нем подойдет, к примеру, для холостяка отшельника, но не аскета или бездетной семьи убежденных сибаритов, тут очень кстати будет теплая лежанка в спальне. Печь – отопительно-варочная. Русская в такой дом не вписывается, но шведская (см. далее) подойдет отлично.Вариант – бюджетное жилье для небольшой семьи, тогда спальня превращается в детскую либо для детей выделяется зона в пентхаузе.

Посредине дом уже побольше и посолиднее. В гостиную выходит печь-камин с готовой литой чугунной топкой, см. далее; дверца топки из жаропрочного стекла. Здесь тоже возможны разные варианты. Если, к примеру, кухню с санузлом поменять местами, щиток обогрева (о нем см. далее) развернуть на 90 градусов, а веранду с прихожей перенести на правую сторону, то можно за счет некоторого уменьшения гостиной выгородить еще 1-2 спальни. При этом к местам общего пользования пройдет коридор.

План справа более подходит для дачи. Летом, распахнув окно в кухне-прихожей, готовить будет не слишком жарко. Каминопечь в углу – для вечерних посиделок у огонька; в ней же можно будет в случае ненастья приготовить шашлык или барбекю на рашпере.

Уже на этапе планировки дома с печью нужно учесть следующее:

1. Для высокой печи со своим дымоходом, или для печи на 500 и более кирпичей нужен отдельный фундамент, не имеющий механической связи с фундаментом здания, даже если они проектируются и строятся вместе;
2. Низкую и широкую варочную плиту и щиток отопления к ней на пол, выполненный по требованиям СНиП (т.е. способный держать нагрузку не менее 250 кг/кв. м) можно ставить без фундамента, сделав только теплоизоляцию; о ней далее. Настил пола под щитком желательно подкрепить дополнительными лагами;
3. Разделка дымохода (тоже см. далее) не должна соприкасаться с потолочными балками, очень желательно, чтобы расстояния от разделки до ближайших к ней балок перекрытия были примерно одинаковы.
4. Дымовая труба должна выступать над коньком крыши не менее чем на 500 мм и отстоять от него не менее чем на 1500 мм.

П.1 допускает исключения. Если печь из 1000 или менее кирпичей, а фундамент дома ленточный секционный, то фундамент печи можно строить на пересечении или Т-образном соединении лент под внутренними стенами. В таком случае расстояние от фундамента печи до ближайших других лент фундамента здания должно быть не менее 1,2 м.

Примечание: т.к. уже на малую русскую печь требуется 1500 кирпичей, то все русские печи должны возводиться на отдельных фундаментах. Но и здесь есть исключение – малую русскую можно строить на опечье из деревянного бруса 150х150 мм, пронизывающем пол до бута в фундаменте здания или грунта.

Строение печи

Собственно печь иногда называют телом печи. Тело печи устанавливается на гидро- и теплоизоляцию фундамента печи или пола и завершается выходящим сквозь чердак и крышу дымоходом. Все это вместе называется строением печи. Строение кирпичной отопительной печи показано на рис. справа:

Схема строения печи

1. фундамент;
2. гидротеплоизоляция;
3. шанцы – своего рода ножки, их делают для нижнего обогрева и экономии кирпича;
4. поддувало;
5. вход душника – воздушного канала, обеспечивающего равномерный прогрев помещения по высоте;
6. поддувальная дверца;
7. колосниковая решетка;
8. дверца топки – творило – с ходом подачи топлива – гоном;
9. топливник топки, или просто топка, или просто топливник;
10. свод топки;
11. устье топки, или ее хайло. Иногда хайлом называют только вертикальное устье топки с сужением (соплом), а в русской печи хайло – сопло в начале дымохода;
12. прочистная дверца или просто прочистка;
13. переток (перевал) – перегиб канала воздушного конвектора душника;
14. воздушный конвектор душника;
15. задвижка переключения хода печи (см. далее, показана условно);
16. газовый (дымовой) конвектор, или конвективная система печи;
17. вьюшка – задвижка, которой перекрывают дымоход после протопки, чтобы печь не выстуживалась естественной или ветровой тягой;
18. выход душника в помещение с его дверцей. Летом дверцу душника закрывают, и конвекция воздуха в нем прекращается;
19. дымовой канал дымохода;
20. перекрыша печи;
21. внутренняя разделка дымохода;
22. потолочное перекрытие;
23. противопожарная разделка;
24. распушка, или выдра – расширение устья дымовой трубы.

Примечание: сторону печи с творилом (в русской печи творило иногда называют зевом) называют челом печи, а ее боковые стенки – зеркалами или щеками.

Дадим некоторые пояснения. Фундамент – цельнолитой железобетонный; для печи на шанцах – ленточный забутованный. Вынос фундамента – не менее 50 мм. Изоляция – 2-3 слоя рубероида, поверх них – 4-6 мм асбеста или базальтового картона, затем лист кровельного железа, а по нему подстилка под кладку – лист войлока или базальтового картона, вымоченный в очень жидком кладочном растворе для печи, о нем см. далее. Подстилку кладут на железо мокрой и дают ей присохнуть, прежде чем начинать кладку.

Первые ряды кладки тела печи (косая штриховка на рис.) – из обычного керамического красного кирпича (не лицевого!) на цементно-песчаном растворе, это подтопочная часть печи. Далее идет топочная, или жаровая часть (штриховка в клеточку), ее кладут из керамического печного кирпича в сочетании с шамотным, о кирпичах также далее, на глиняно-песчаном растворе.

Перед поддувальной дверцей и творилом на пол укладывают лист кровельного железа на асбестовой или из базальтового картона подушке в 4-6 мм, его коренной край замуровывают в ближайший верхний шов кладки. Вынос листа вперед – не менее 300 мм, а в стороны от чела – не менее чем на 150 мм. Свободные края листа подворачивают и прибивают к полу.

Глиняный кладочный раствор не схватывается, а высыхает. При нерегулярной топке в холодное время года он от влаги постепенно раскисает. В таком случае часть тела печи, температура в которой не поднимается выше 200-250 градусов, выкладывают из печного кирпича, но на цементно-песчаном растворе, он же и гораздо дешевле глиняного, косая штриховка с серой заливкой на рис. На раствор для этой части кладки идет портландцемент от М400 и горный песок без включений. Замена декоративными аналогами недопустима!

Нижние переходы из канала в канал газового конвектора (перетоки) должны быть на 30-50% больше в высоту верхних (перевалов). Это обеспечит скопление сажи внизу конвектора (на его поде), откуда ее несложно убрать. С этой же целью края перевалов выполняют скругленными.

Начиная от 80 градусов в дымоходе, кладку ведут опять из простого кирпича на обычном цементно-песчаном растворе. Внутренняя разделка дымохода необходима, она держит на себе противопожарную разделку (не менее 50 мм асбеста или базальтового картона в металлической обойме) и, самое главное, в случае загорания сажи примет в себя жар на время, достаточное для принятия необходимых мер.

Роль распушки (выдры) аэродинамическая. Она рассекает ветровой поток, заставляя верхнюю его часть как бы перепрыгивать устье дымохода, поэтому тяга не так зависит от ветра. Высота распушки – не менее 2 рядов кирпича, вынос на срезе устья – в полкирпича. Пренебрежение распушкой – очень частая причина дымящих печей.

Выбор схемы печи

Основные схемы конвекции бытовых кирпичных печей представлены на рис. Слева – канальная печь с последовательным газовым конвектором, самая простая с исполнении. По последовательной канальной схеме строятся голландские печи и подобные им. Помимо простоты, преимущество канальной схемы в том, что она очень пластична конструктивно. Конвектор с топкой механически связаны только хайлом, поэтому канальную печь можно разработать под любое готовое помещение, см. след. рис.

Однако КПД чисто канальных печей редко превышает 40%, и встроить в них водогрейку очень сложно: в теле печи циркулирует мощный внутренний поток тепла, и любое его нарушение ведет в падению КПД и усиленному осаждению сажи.

Основные конвективные схемы бытовых печей

В центре на рис. со схемами самая совершенная отопительно-варочная печь из кирпича – шведская, ее КПД достигает 60%. Она представляет собой камерную печь (роль воздушной камеры, обтекаемой потоком раскаленных газов, играет духовка 1) и растянутого от пола до потолка канального конвектора за ней. В камерной части шведки газы греют варочную поверхность в варочной нише 2, а часть тепла конвектора поступает в сушилку 3. Преимущества шведской печи:

• Конвектор и духовка не имеют энергетической обратной связи с топочной частью, поэтому в духовку можно встроить сбоку U- или W-образный теплообменник системы ГВС с накопительным баком, а самый бак разместить или в сушильной нише, или на перекрыше печи.
• Догорание дымовых газов происходит в камерной части печи. В конвектор они уходят с температурой ниже 800 градусов, поэтому его можно сделать из обычного кирпича на цементно-песчаном растворе.
• Высокий узкий конвектор дает равномерный прогрев помещения по высоте.
• Часть дымовых газов с выхода камеры можно перепустить, например, в лежанку, а затем вернуть в конвектор, не ухудшая параметров печи.
• Размеры конвектора можно варьировать, сдвигать и поворачивать его относительно камерной части, поэтому шведка также неплохо вписывается в готовый дом и может греть до 3-х комнат, см. след. рис. (после канальных печей).
• Если открыть дверцу духовки, из нее пойдет мощный поток теплового излучения, что позволит быстро обогреться и обсушиться пришедшим с тяжелой работы на морозе людям.

Канальные печи

Главные недостаток шведской печи – высокие требования к качеству материалов и работы для камерной части печи. Кроме того, под нее обязательно нужен фундамент, без него высокая и узкая конструкция, части которой из-за тепловых напряжений нагружены по-разному, окажется хрупкой и неустойчивой. Сделать печь шведского типа может только опытный печник.

Шведские печи

Наконец, справа на рис. со схемами – печь колпаковая. Ее КПД может превышать 70%, т.к. она саморегулирующаяся: дымовые газы не уйдут в дымоход, пока не догорят под сводом колпака и не отдадут свое тепло телу печи. Кроме того, колпаковая печь обладает свойством газовой вьюшки: если забыть закрыть штатную, горячие газы под колпаком не пустят на проток тяжелый холодный воздух из хайла, и печь не выстудится. Это гарантирует от угара из-за не вовремя закрытой вьюшки.

Однако колпаковая печь выглядит просто только на схеме, а в исполнении она очень сложна из-за высоких нагрузок в конструкции. Затем, колпаковая печь исключительно отопительная, встроить в нее варочную поверхность невозможно. Отбор тепла для водогрейки возможен только в двухколпаковых печах, еще более сложных, поэтому колпаковые печи в быту распространены мало. Исключение – «двухколпаковки» Кузнецова, но столь талантливые печники на свет появляются редко.

Плита и щиток

Связь кладки щитка со стеной

Развитие идеи шведки породило очень перспективную конструкцию: обычную варочную плиту с отдельным обогревательным щитком-конвектором, см. рис. Все, что для этого потребовалось – отказаться от варочной и сушильной ниш, это дало возможность разъединить камерную и канальную части механически, т.е. строить их по отдельности; возможно, даже по очереди.

Что же мы получаем взамен? Меньшую нагрузку на пол. Плиту в большинстве случаев можно строить прямо на деревянном полу, положив на него изоляцию такую же, как на фундамент под печь. А под щиток достаточно просто демпфирующей подушки из базальтового картона. Остается проблема устойчивости высокого узкого щитка, но она решается путем создания его механической связи со стеной, хоть бы и перегородкой в полкирпича, см. рис. слева.

Плита с отопительным щитком

Далее, щиток можно сдвигать и разворачивать относительно плиты, тогда плита может греть кухню с санузлом, а щиток еще до 4-х комнат. Для этого нужно вставить в горизонтальный участок дымохода между ними гибкое звено из жаропрочного гофра с хорошей теплоизоляцией, чтобы избежать осаждения сажи. В общем, ценой отказа от почти ненужных в наше время ниш получилась принципиально новая и очень практичная конструкция.

Сезонные ходы печи

Летом, когда и так жарко, греть помещение ни к чему. Но закладывать в топку мизерные количества топлива тоже не получится: пределы регулировки мощности подачей топлива всех печей невелики. Тепло от малой закладки вылетит в трубу, остатка не хватит и на яичницу. Но обзавестись летней кухней с плитой возможность есть далеко не у всех.

На такой случай придуманы конструкции печей с переключением хода с летнего на зимний. Проще всего ход переключать в канальной печи параллельной схемы, две левые поз. на рис. ниже. Однако максимального КПД канально-параллельной печи можно добиться только при ее мощности более 20 кВт. Тут действует закон квадрата-куба, и в слишком малой печи тепло «просвистит» в трубу, не успев нагреть конвектор. Кроме того, все двухходовые печи потенциально опасны: если ненароком закрыть обе задвижки, пойдет угар. Наконец, на летнем ходу перекрыша и часть щек печи все равно греются.

Переключение сезонных ходов печи

Между тем есть двухходовая схема, особенно пригодная для отопительных щитков: схема с двумя дымоходами, летним и зимним, две поз. справа на рис. Для нее нужна всего одна задвижка, поэтому она совершенно безопасна – при любом положении переключателя тяга будет. Положение задвижки не по сезону сразу почувствуется по теплоотдаче, а переключать ход можно во время топки. И плавно регулировать обогрев, частично задвигая заслонку.

На летнем ходу газы в зимний ход никак не протиснутся: аэродинамическое сопротивление лабиринта конвектора много больше, чем у прямой трубы. И трудоемкость сооружения дымоходов вовсе не двойная: газы в зимний дымоход уходят остывшими ниже 80 градусов, поэтому зимняя труба может быть облегченной и упрощенной, напр. асбоцементной. Единственный небольшой минус системы с двумя дымоходами – на каждую пару каналов конвектора нужно по прочистке.

Особые печи

Прежде чем переходить к более подробному разбору обычных печей, остановимся на нескольких специальных весьма востребованных конструкциях.

Печь для барбекю

Устройство печи-барбекю

Настоящая печь-барбекю – это древний открытый очаг, см. рис. Строят его либо на открытом воздухе под навесом либо в помещении под колпаком-дымоулавливателем. Кладка без каких-либо премудростей: в полкирпича с ложковой перевязкой. 3-4 ряда нужно выложить тычками, чтобы получились опоры для жаровни и решеток. Впрочем, подробнее о кладке см. далее.

Фундамент для наружного барбекю – простейший, плитный из готовых бетонных монолитов или каменных блоков на песчано-щебневой подушке. Комнатную барбекю строят прямо на полу на описанной выше комбинированной изоляции.

У барбекю есть одна тонкость: бортик жаровни, он в правильном очаге греет стряпню с боков. Поэтому 2-3 верхних ряда желательно выложить из шамотного кирпича, он очень хорошо вбирает в себя тепло и медленно отдает его. Чтобы навершие жаровни прогревалось быстрее, кирпичи нужно брать граненые фасонные, как показано на рис. ниже. По клиновидным впадинам между ними тепло быстрее пройдет в кладку. Можно и самому сделать фасонные кирпичи для барбекю, но тогда придется поработать болгаркой.

Жаровня из шамота для барбекю

Банная

Банная печь как печь строится обычным порядком; здесь главный секрет – устройство каменки. Закрытая каменка, сквозь которую проходят дымовые газы (слева на рис.) быстро прогревается и дает самый полезный сухой пар. Но «наддавать» воды или квасу на нее нельзя, придется снова растапливать печь. Кроме того, малейший огрех – неправильно подобранные камни, плохое топливо, нарушение режима топки – ведет к осаждению в каменке недогоревшей органики, и сухой пар может оказаться токсичным и канцерогенным.

Устройство банных печей

Открытая каменка (вторая слева на рис.) безопасна, но долго греется. Чтобы париться с «наддачей», печь нужно все время топить, поэтому ее творило должно выходить в предбанник: угар особенно опасен при высокой температуре воздуха. Наддав слишком много, каменку можно вообще выстудить, и вся баня пойдет насмарку.

Третья слева печь с боковой закрытой каменкой совершеннее: бункер с камнями омывается горячими газами со всех сторон, кроме лицевой, поэтому каменка и прогревается быстрее, и наддавать в нее можно больше. Но самая совершенная банная печь – колпаковая, крайняя справа. Каменка устроена на своде колпака, температура под которым весьма высока, там основной очаг тепловыделения, и деваться этому теплу некуда кроме как в камни. Поэтому каменка прогревается за считанные минуты и наддавать можно почти без ограничений. Подтапливать печь не нужно, «колпаковка» сама подберет себе режим смотря по расходу тепла, лишь бы топливо в топке было.

У этой печи 3 недостатка. Во-первых, общая сложность и дороговизна, как у колпаковых печей вообще. Во-вторых, колпак из обычной стали быстро прогорает, а из жаропрочной дорог. Наконец, наддавать в каменку этой печи можно только из встроенного душа, а его кваском не заправишь.

Проточные печи

Проточные печи не имеют конвекторов, но с костром в трубе или пещере у них только внешнее сходство. Проточные печи могут быть весьма эффективными. Самые востребованные виды – английский камин и русская печь.

Камин

Схема строения камина приведена на рис. Для получения максимального КПД, сравнимого с КПД голландки, топка камина должна быть сужающейся назад со всех сторон, справа на рис.

Строение английского камина

Основные пропорции камина следующие:

• Площадь портала – 2% от площади помещения.
• Высота портала – от 2/3 до 3/4 его ширины.
• Площадь топочного проема – 1,5-1,8% площади помещения.
• Площадь пода топливника – 70% от площади портала.
• Глубина топливника – 1/2-2/3 высоты топочного проема.
• Излом задней стенки топливника – на 1/3 ее высоты.
• Угол наклона «зеркала» задней стенки – 20-22 градуса от вертикали.
• Угол схождения боковых стенок – 45-60 градусов, т.е. по 22,5-30 градусов на каждую.
• Если камин с глухим подом, то его подъем назад – 4-7 градусов.
• Высота подиума над полом – около 50 см.
• Площадь сечения дымохода – 7-13% от площади топки. Меньшее значение относится к круглому дымоходу, большее – к прямоугольному со сторонами 1:2. Для дымохода квадратного сечения – 10%

Русская печь

Русская печь (схема на рис.) при регулярной интенсивной топке дает КПД до 80%, обладает потрясающими декоративными качествами, позволяет готовить традиционные блюда русской кухни, которые иным способом не приготовишь, и обязательно снабжается лежанкой. Но конструкция русской печи весьма консервативна, вносить в нее изменения, не рискуя испортить печь, может только печник с большим опытом работы именно по русским печам.

Схема русской печи

С точки зрения строительной механики русская печь также стоит особняком. Она представляет собой не цельный, работающий как одно, модуль (пустотелую колонну, стену), но почти полный аналог здания: связную конструкцию, части которой взаимодействуют через углы. Поэтому углы русской печи нужно выкладывать по всем правилам. Сверки по порядовке мало, нужно еще постоянно выверять по отвесу. Ключевые моменты кладки русской печи показывает след.рис.

Ключевые моменты строительства русской печи

Предварительный расчет печи

Перед выбором проекта печи необходимо проделать ее предварительный расчет под помещение. Обычно его ведут исходя из теплоотдачи печи в ккал/час. В процессе остывания печи теплоотдача уменьшается, но и потери тепла помещением падают, т.к. оно тоже остывает. Задача расчета – выдержать температуру в помещении до следующей топки.

Такой расчет теоретически сложен, а по готовым коэффициентам и упрощенным формулам требует большого опыта. Но для домов с хорошим наружным утеплением вполне достоверные результаты дает предложенный И. В. Кузнецовым способ расчета по усредненной тепловой мощности единицы поверхности печи (ТМЕП). Для нормальной топки ее можно брать 0,5 кВт/кв. м, а для перетопки в сильный мороз – до 0,76 кВт/кв. м в течение 2-х недель.

С использованием ТМЕП прикидочный расчет печи становится совсем простым. Допустим, у нас печь 1,5х1,5 м в плане и высотой 2,5 м. Площадь ее стен – 3,75х4 = 15 кв. м, плюс 2,25 кв. м перекрыша. Всего 17,5 кв. м. Отдать эта печь сможет от 8,75 до 13,3 кВт тепла. С учетом особенностей печного отопления этого хватит для дома в 80-100 кв. м.

Топка

Для расчета топки нужно сначала определить максимальный объем закладки топлива. Его находят по требуемой тепловой мощности, теплотворной способности топлива, его удельному весу и предполагаемому КПД печи. Расчет проводят для всех видов топлива, для которых предназначена печь, и выбирают наибольшее значение. Объем топливной камеры топки (камеры сгорания) берут в 2-3 раза больше максимального объема топливной массы, в расчете на перетопку. Вообще же максимальная загрузка топлива в камеру сгорания – 2/3 ее объема.

Полный расчет топки – удел не любителей и даже далеко не всякого инженера-теплотехника. Возьмем хотя бы такую «мелочь», как колосниковая решетка. Пропустит она слишком много воздуха – топливо сгорит быстрее, чем тело печи примет его тепло, остаток вылетит в трубу. Мало воздуха – топливо на сгорит полностью, а невыделенное тепло опять же в трубу с дымом. А сажа, а зола, забивающая колосники? И все это нужно увязать с другими, не менее значащими узлами топки, причем для разных видов топлива.

К счастью, сейчас в продаже есть много готовых печных топок на разную тепловую мощность, под разное топливо, с глухим или прозрачным, для печей-каминов, творилом. И обойдется готовая топка дешевле любой самодельной. Нужно только при выборе обратить внимание на следующее:

1. Размеры топки и ее крепежных элементов (штырей, усов) должны быть согласованы с размерами кирпича. Печные кирпичи выпускаются нескольких типоразмеров (см. далее), и одна и та же топка может быть в продаже нескольких модификаций под разный кирпич.
2. Для печи долговременного пользования топку нужно брать литую чугунную. Сварные из листа – для печей, используемых эпизодически.
3. Также нужно обратить внимание на глубину сужения камеры сгорания к колосникам – зольной шахты, зольного колодца или просто зольника.

Поясним последний пункт. Если печь будет топиться преимущественно высококалорийным малозольным топливом в крупных кусках (каменный уголь, торфобрикеты), то зольник нужно брать поглубже, до 1/3 высоты камеры сгорания. В мелком зольнике такое топливо слишком быстро прогорит. Если же печь под низкокалорийное древесное топливо, включая пеллеты, то глубина зольника должна быть не более 1/5 высоты камеры сгорания, иначе низ топливной массы быстро забьется золой, приток воздуха сократится, и топливо не догорит.

Как видим, вилка глубины зольника большая. Поэтому лучше немного переплатить и взять топку многотопливную. В таких полное сгорание всех перечисленных в сертификате видов топлива обеспечивается специальными конструктивными мерами.

Примечание: сырые дрова можно полностью сжечь в глубоком зольнике, а уголь – на ровном поду топки, правильно выбрав величину закладки топлива. Но это требует опыта истопника и промежуточных подтопок с шурованием, что ночью никуда не годится.

Дымоход

Расчет дымохода – отдельная тема, едва ли не более сложная, чем расчет всей печи. Даже на компьютере приходится 2-3 раза перезапускать САПР, вручную корректируя исходные данные, прежде чем все не сойдется как следует. Но для обычных условий (сечение прямоугольное, ход вертикальный без изломов, высота устья дымовой трубы над колосником 4-12 м) можно сразу дать готовые значения поперечных размеров для печей разной мощности:

• До 3,50 кВт – 140×140 мм.
• От 3,50 до 5,20 кВт – 140×200 мм.
• 5,20-7,20 кВт – 140×270 мм.
• 7,20-10,5 кВт – 200х200 мм.
• 10,5-14 кВт – 200Х270 мм.

Эти значения – минимальные. Они рассчитаны на то, чтобы избежать «просвиста», когда холодный воздух противотоком опускается в печь по слишком широкому дымоходу. «Просвист» чреват не только потерями тепла, но и уймой других серьезных неприятностей.

Если же печь в выбранным «навскидку» дымоходом дымит хоть изредка, его нужно нарастить, всего на 0,25-0,5 м. Когда-то для этого на трубу нахлобучивали прохудившееся ведро, сейчас можно надставить кусок асбоцементной трубы с поперечным сечением не меньшим, чем у дымохода.

Но самый лучший способ – не полениться и положить еще 2-4 ряда кирпичей, не забыв сделать новую распушку. Видали когда-нибудь трубу с двумя выдрами? Это значит, что первоначально коротковатый дымоход по результатам протопок нарастили до нормы.

Примечание: наращивать трубу нередко приходится при изменении аэродинамики местности. Скажем, лес вокруг вырос или многоэтажек настроили.

Печные материалы и приборы

Кирпич

В источниках печной кирпич часто путают с огнеупорным шамотным. Общего у них только размеры: если у одинарного строительного кирпича они 250х125х65 мм, то у печных 230х114х40 мм (стандарт) или, иногда, 230х114х65 мм. А вообще-то печной кирпич – высококачественный красный М150. Из него целиком можно строить голландку и русскую печь. По термостойкости (до 800 градусов) он пошел бы и на камин, но вбирает мало тепла и быстро остывает, поэтому сгодится лишь для камина летней дачи, огнем в котором только любуются.

Примечание: размеры печного кирпича сложились исторически еще в старину, чтобы любой мог отличить его от строительного. Обжиг кирпича тогда стоил больших трудов и расходов, бетона не было, а месторождения хорошей глины редки. Поэтому тогдашние странствующие печники частенько халтурили, пуская в дело слабо обожженный кирпич из неважной глины.

Шамотный кирпич идет на кладку топочных частей печей с достаточно напряженным тепловым режимом: шведской, банных, колпаковых. Главное его достоинство для бытовых печей не жаростойкость, 1600 градусов в домашних печах не бывает. Тут важнее большая теплопроводность шамота в сочетании высокой теплоемкостью: шамотная кладка – отличный теплоаккумулятор.

Вследствие большой теплопроводности строить печь целиком из шамота нельзя: она сначала недопустимо раскалится, а затем слишком быстро отдаст тепло излучением. Снаружи шамотная кладка должна быть со всех сторон обложена керамической, хотя бы в полкирпича.

Печные кирпичи

Судить о качестве шамотного кирпича только по глубине его цвета не совсем правильно, т.к. шамотная глина из разных месторождений сильно отличается внешне. Почти черный кирпич может оказаться плохим, а светло-желтый – отличным. Главный признак качества – мелкозернистая структура без множества видимых пор и включений (слева вверху на рис; рядом – подозрительный). Следующий этап проверки – простукивание легким молоточком. Хороший кирпич дает звонкий или четкий отрывистый звук, а плохой – глухой растянутый. Наконец, если и стук толком ничего не прояснил, проверяют на спайность, или, говоря по-современному, проводят краш-тест: кирпич разбивают или роняют с высоты на твердый пол. У хорошего кирпича и спайность хорошая, он раскалывается на крупные куски с зернистым изломом. Плохой дает больше пыли и крошки, чем крупных фрагментов.

Стороны шамотного кирпича называются так же, как и строительного, это тоже показано на рис. Как и строительный, шамот идет в дело полномерным, в 3/4 длины (трехчетверками), половинками и четвертями. Как они обозначаются на схемах кладки, показано на рис. слева внизу.

Для кладки внутренних ответственных частей бытовых печей хорошо подходит клинкерный кирпич, или просто клинкер (справа на рис.) Это тот же керамический кирпич, обожженный при высокой температуре. Вид у него неказистый, но прочность и жаростойкость повышенные. Стоит клинкер несколько дороже обычного красного кирпича, но существенно дешевле шамота.

Примечание: силикатный кирпич на любые части печей непригоден абсолютно. На глиняном растворе он не держится, а от знакопеременных тепловых нагрузок тянет в себя влагу как губка.

Песок

Песок в раствор для кладки печей требует особого рассмотрения. Для печи, рассчитанной на более чем 10 лет регулярного пользования без ремонта нужен горный песок без включений. В остальных видах слишком много органики, из-за которой швы кладки со временем выкрашиваются и трескаются.

Чистый горный песок дорог. Но главное – сейчас в продаже есть вообще идеальная его замена: глиняный песок для керамической кладки и шамотный для шамотной. Не удивляйтесь словосочетанию «глиняный песок», он, как и шамотный, перемолотый бой соответствующего вида кирпича. Кирпичный песок чаще всего оказывается дешевле хорошего горного, а кладка на растворе с ним выходит исключительного качества.

Кладочные растворы

Для кладки кирпичных печей применяются глиняно-песчаные растворы. Рецептов известно немало, приведем самые простые и качественные. Для шамота нужен шамотный мергель или белый каолин. Для керамического кирпича – любая огнеупорная молотая глина; лучше всего серый каолин, синяя или серая кембрийская. И в том, и в другом случае на 100 шт. кирпича понадобится 40 кг глины.

При покупке сразу проверяют глину на запах: любой явственно ощутимый, приятный или неприятный, свидетельствует о примеси органики, для кладки печи такая глина не пригодна. Далее нужно определить необходимую долю песка в растворе, т.к. глина разных месторождений одного качества имеет разную жирность – сочетание адгезионной способности с вязкостью. На пробу берут 0,5-1 кг глиняного порошка, заливают водой в посуде до верха засыпки и дают сутки закиснуть, набраться влаги. Шамотный мергель полностью закисает за 1-2 часа, передержка не страшна.

Закисшую глину, добавляя понемногу воды, вымешивают до консистенции очень густого теста или пластилина. Затем замес разделяют на 5 частей и в каждую добавляют песок: 10%, 25%, 50%, 75% и 100% по объему. Все пробы тщательно, до полной однородности, снова вымешивают и сушат 3-4 часа.

Теперь пробы раскатывают в колбаски диаметром 1-1,5 см, длиной не менее 30 см. Каждую колбаску оборачивают вокруг любого круглого предмета диаметром около 5 см и смотрят результат:

1. Раствор по пробе, улегшейся абсолютно без трещин, сгодится для любой печи, в том числе и на топливную часть.
2. Подсохшая корочка порвалась, образовав сетку мелких трещинок – раствор также пригоден для всех печей, в т.ч. для горнила русской и топки голландской.
3. Трещинки прошли вглубь на 1-2 мм – раствор годен для частей печи, прогреваемых не выше 300 градусов, для барбекю и дачного камина.
4. Глубокие трещины, изломы, разрывы – песка слишком много, раствор не годен.

Главный смысл пробы на пропорцию песка в том, чтобы удешевить строительство: кирпичный песок много дешевле качественной глины. Соответственно, чем больше его уйдет в раствор, тем он будет дешевле.

Примечание: эта проба годится только для раствора на кирпичном песке. Для растворов на природном песке применяют другие пробы.

Рабочий раствор готовится по тому же принципу, что и проба, но уже в требуемом объеме:

• Глину замачивают сутки; шамотный мергель – час.
• Вымешивают массу до теста.
• Протирают через сито 3х3 мм.
• Добавляют песок по результатам пробы.
• Добавляя понемногу воду, вымешивают до густоты сметаны.
• Проверяют жирность уже раствора обычным способом, по смачиванию кельмы.
• При необходимости добавляют глины или песка (очень немного!), вымешивают и приступают к кладке.

Примечание: в среднем из продажной упаковки глины выходит 3-4 ведра готового раствора.

Печные приборы

Печные приборы (дверцы, задвижки) крепятся к телу печи либо усами, приходящимися на швы кладки (слева на рис.), либо юбкой из жаропрочной стали, обматываемой перед установкой 5-мм асбестовым шнуром, справа там же. Первые, понятно, дешевле, но для творила топки, духовки и жаровых заслонок не годятся: за время службы печи их приходится несколько раз менять, а нарушать кладку, выдирая усы из швов, плохо. И, разумеется, установочные размеры приборов должны быть согласованы с размерами кирпичей с учетом толщины шва.

Печные приборы с креплением усами и юбкой

Кладка и перевязка

Кирпичная кладка бывает ложковой и тычковой, смотря по тому, какая сторона кирпича смотрит наружу. Кирпичи укладываются на постель. «Постельная» кладка, когда кирпич ставят на тычок или ложок, крайне непрочна и СНиП запрещена, но в исключительных случаях применяется для внешней отделки ненагруженных конструкций.

Кладку ведут с перевязкой швов, т.е. швы отдельных кирпичей должны иметь разбежку (смещение) в ряду кладки (в одном или двух направлениях по горизонтали) и между рядами (по вертикали). В неперевязанной кладке любая микротрещина, которых не избежать, неизбежно поползет дальше, разрушая конструкцию.

Способов перевязки швов только в строительстве известны десятки, а в печном деле их еще и приходится изменять, чтобы выложить сложные дымовые ходы. Однако проверить готовый проект печи либо разработанный самостоятельно можно, руководствуясь достаточно простыми принципами:

1. Кладка начинается и заканчивается тычковыми рядами.
2. Любой кирпич должен опираться не менее чем на 2 других.
3. Кирпичи соседних рядов должны перекрываться не менее чем на 1/4 по длине или ширине.
4. Все вертикальные швы должны быть заполнены раствором, иначе кладка пойдет расслаиваться на вертикальные пласты.
5. Вертикальные швы тычковых и ложковых рядов не должны совпадать.
6. Выступающие пороги, участки под балками и вкладышами должны быть тычковыми.
7. Подтесанные части кирпичей не должны выступать наружу. Исключение – кирпичи, обработанные болгаркой с алмазным кругом.

Нормальная ширина шва при кладке печи – 3 мм, минимальная – 2 мм. Допустимо уширение до 5 мм; на подтопочных рядах и в своде – до 13 мм. В местах сопряжения шамотной и керамической кладки и вокруг вкладышей из любого другого материала (печные приборы, бетонные балки, штыри под варочную поверхность и т.п.) кладка ведется со швом максимальной ширины – 5 мм. Колосники укладываются в гнездо на поде топки на сухую, чтобы их можно было вынимать для прочистки.

Принципы перевязки кладочных швов

Все ряды кладки обязательно должны быть перевязаны по вертикали. В обширных внутренних пространствах рядов допускается неполная перевязка в ряду (см. рис.), или кладка методом забутовки, т.е. заполнение их кирпичами без перевязки. Перевязку между схожими рядами (напр. подтопочными) удобно делать методом зеркального отражения, наподобие того, как выкладываются заборные столбы, справа на рис.

Кладка конвектора и щитка

Кладка висячих перегородок в конвекторе

При кладке перегородок конвекторов необходимо оставлять перепускные окна вверху (перевалы) и внизу (перетоки). С перевалами проблем нет – достаточно не доложить 2-3 кирпича, да и все тут. Но переток так класть нельзя, получится висячая стенка. Перегородки над перетоками выкладывают, как показано на рис. Опоры из тычков чередуют через 3-5 рядов. Окна ложкового ряда возле тычков закрывают половинками кирпича.

Стенки конвектора печи выкладывают по ее порядовке, а стенки обогревательного щитка – ложками с простой ложковой перевязкой. Ее схемы для стенок в полкирпича, в кирпич и полтора кирпича показаны на след. рис. В последней используется перевязка способом зеркального отражения.

Кладка с ложковой перевязкой

Кладка сводов

В бытовых печах применяются полуциркульные (в виде части цилиндра) и плоские своды, см. рис. ниже. В лучших русских печах очень опытные печники иногда по спецзаказу делают свод горнила овальным четырехцентровым, а в помпейских печах свод купольный, но и тот и другой требуют высокого мастерства и опыта. В механически слабо нагруженном печном полуциркульном своде крайние камни крыльев – пятки – и центральный камень – замок – не отличаются от прочих.

Полуциркульный и плоский своды

Полуциркульный свод выкладывается в следующем порядке:

• Готовят чертеж свода в масштабе 1:1.
• По нему подтесывают подпятники – кирпичи, на которые будут опираться крылья свода.
• Кладут на раствор подпятники и кладку печи прерывают до полного высыхания раствора.
• По шаблонам – кружалам – выкладывают крылья свода, соблюдая перевязку между рядами.
• Обильно наносят раствор в паз замка и вставляют в него по очереди замковые камни, вколачивая деревянной кувалдой или поленом. Признаком правильно выполненной кладки будет равномерное выдавливание раствора из швов на крыльях.
• Дожидаются полного высыхания раствора в своде, убирают кружала, продолжают кладку печи.

Вертикальные швы замка не должны совпадать со швами на крыльях. Для этого уже на этапе чертежа крылья нужно выполнить в зеркальном отражении, а не простым сдвигом одного на другую сторону. Максимальный угол расхождения кирпичей в своде – 17 градусов. При кирпичах стандартного размера, внутреннем шве в 2 мм внешнем в 13 мм этот угол будет выдержан.

Плоский свод выкладывают на плоском поддоне вместо кружала из фасонных кирпичей, готовых покупных или самостоятельно изготовленных. Технология кладки такая же, но учтите – плоский свод не терпит ни малейшей асимметрии! Чуть сдвинут весь в сторону – пойдет разрушаться сам по себе. Поэтому плоский свод даже опытные мастера выкладывают из фасонных кирпичей по фирменному поддону-шаблону.

Сколько нужно кирпичей?

Какое нужно количество кирпичей на печь? Ведь к нему привязано количество раствора и, следовательно, основные расходы на постройку.

Когда-то число кирпичей считали по эмпирическим коэффициентам для типовых проектов. Метод давал до 15% боя (и на воровство), что при нынешних ценах недопустимо.

Сейчас печи рассчитывают в компьютерных системах автоматизированного проектирования (САПР). Программа сразу выдает, сколько нужно полномерок, дольных и фасонных кирпичей. Но, поскольку дома домну или обжиговую печь для завода не строят, а овладение САПР требует немалого труда, времени и специальных знаний, то самодельщику не остается ничего иного, как просто посчитать кирпичи по порядовке печи. Займет это для средней домовой печки час-полтора, но зато, считая аккуратно, можно свести бой к 2-3%

Примечание: к правильно выполненному проекту печи обязательно прилагается спецификация с указанием количества кирпичей, прочих материалов и полным перечнем приборов с указанием их типа и разновидности.

Инструмент

Инструмент для печных работ в общем такой же, как и для прочих кладочных (см. рис. ниже): молоток-кирочка (обушок) с обухом в виде клина на колки кирпича, кельма (мастерок), разделки для выпуклых и вогнутых швов, растворная лопата. Но обязательно добавляется и порядовка. В данном случае это не схема кладки, разнесенная по ее рядам, а инструмент для проверки ее правильности.

Инструмент для кладки печи

Дело в том, что кладка печи с неровными по толщине швами скоро потрескается от температурных деформаций. С другой стороны, кладка на глине сохнет долго, не меньше недели, и даже засохшие швы можно размочить и неудачную конструкцию перестроить.

Порядовка-инструмент (справа на рис.) – ровная деревянная рейка 50х50 мм, по сторонам которой нанесены номера рядов для разных видов кирпичей с учетом толщины шва. На печь нужны как минимум 4 порядовки, и по одной на каждый дополнительный угол, внутренний или внешний. Пользуются порядовками так:

1. Подтопочные ряды выкладывают в опалубке.
2. По углам закрепляют порядовки, 2 скобами с заостренными концами каждую. Скобы вдавливают в швы кладки.
3. К порядовкам зачаливают шнур-причалку, по которому и ведут кладку. Для русской печи углы дополнительно выверяют отвесами.
4. По мере выкладки верхнюю скобу, покачивая, вынимают из шва и вставляют в следующий.
5. Отверстия от скобы в предыдущем шве заделывают кладочным раствором.

Рабочие принципы

Во всех без исключения печах механические связи относительно слабы, а нагрузки высоки. Поэтому «кирпич на кирпич – гони, бабка, могорыч!» здесь не проходит однозначно. Еще не доведенная до перекрыши печь скорее всего рухнет, как описано у Макаренко в «Педагогической поэме». При кладке печи нужно соблюдать следующие правила:

• Кирпичи кладут только по одному. Новичкам желательно очередной ряд выложить на сухую, выровнять, и уж тогда класть камни на раствор.
• Каждый кирпич перед укладкой швабрят (не путать с шабрением!): тщательно очищают от крошки и пыли волосяной щеткой.
• Керамический кирпич на секунду-две окунают в чистую воду и хорошенько отряхивают, тогда он сразу пристанет к раствору.
• Шамотный кирпич не «купают» ни в коем случае!
• Нанести слой раствора точно в 3 мм кельмой трудно, поэтому опытные мастера наносят раствор рукой. Но это тоже требует определенного навыка.
• Кирпич ставят на место одним движением, пододвигать и подстукивать нельзя!
• Если камень сразу не лег как надо, его снимают, счищают раствор с кирпича и его ложа и кладут снова.
• Снятый раствор выбрасывают, в дело он уже не годен!

Примеры конструкций

Для примера рассмотрим пару конструкций, с которых можно начинать переход от теории к практике. На рис. – схема и порядовка простейшей печи из кирпича: варочной плиты, не требующей фундамента. На нее уйдет не более 130 обычных красных кирпичей, учитывая бой от рук начинающего мастера. В опуск от перевала газового канала к выходу в дымоход (отмечено красным на рис.) можно встроить U- или W-образный теплообменник ГВС с накопительным баком из металлической водопроводной трубы.

Простая кирпичная печь

Несмотря на простоту и малые размеры, теплоотдача этой печки около 650 ккал/час, что позволяет пропустить дымовые газы через отопительный щиток, обогревающий 20-25 кв. м. жилой площади. Варочная поверхность стандартного размера 1 укладывается свободно на усы 2 из 3-4 мм стали, вмурованные в шов между 11 и 12 рядами кладки. Толщина его – 6 мм.

На след. рис. – порядовка небольшой печи из кирпича для дачи с одноконфорочной варочной поверхностью. Она также выполняется из простого красного кирпича М150. Их с учетом любительского боя понадобится 270-280 шт.

Небольшая кирпичная печь

Чугунная плита лежит свободно на усах, как и в предыдущей печке. Ее можно снять и вставить в ее гнездо рашпер для барбекю, или уложить на проем плиты шампуры с шашлыками. С открытой (или прозрачной) дверцей топки печь превращается в камин.

Ставить эту печь на пол уже нельзя, она слишком высокая и узкая. Но на грунтах с достаточной несущей способностью (суглинок, супесь, лесная земля и пр. «дачные» грунты) фундамент под нее может быть цельным плитным на песчано-щебневой подушке, как для барбекю-очага.

Видео: пример кладки простой кирпичной печи

Самый главный принцип

Напоследок дадим самый главный принцип строительства кирпичных бытовых печей: печь и дом теснейшим образом взаимосвязаны, они могут дружить и враждовать. Помирить печку с домом очень просто: любая из них проявит все свои достоинства только в добротном, хорошо утепленном доме.

рекомендуем:

Кирпич для печи Раствор для кладки печей Обкладка печи кирпичом

(Пока оценок нет)

Загрузка...

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.