Кирпичные печи 2 х 2 кирпича являются самыми малогабаритными из всех теплоемких, поэтому их применяют для обогрева небольших помещений, например, гаражей или мастерских.

Из-за того, что в них невозможно реализовать развитую систему каналов или полноценные колпаки, эффективность таких отопительных приборов заметно меньше, чем у более крупных аналогов, поэтому печники придумывают различные способы их улучшения.

Тепловая мощность и теплоемкость

Тепловая мощность кирпичных теплоемких печей зависит от размера ее наружной поверхности, ведь именно через нее КП отдает помещению тепловую энергию, полученную от сжигания дров.

Из опыта известно, что обогревательная мощность любой теплоемкой кирпичной печи составляет 500 Вт/м2, то есть каждый квадратный метр площади ее наружной поверхности выделяет примерно 0,5 кВт/ч тепловой энергии.

Учитывая, что формат этой КП 2х2 кирпича, при высоте в 30 рядов (2,05–2,15 м) площадь ее наружной поверхности составляет примерно 2 кВт/ч, чего достаточно для обогрева хорошо утепленного помещения площадью 15–30 м2 (зависит от температуры зимой).

При этом теплоемкость заметно ниже, ведь на каждый кВт/ч тепловой мощности приходится примерно 80 кирпичей, тогда как у КП размером 4х4, о которой мы рассказывали тут (4х4), их уже приблизительно 200, то есть в 2,5 раза больше.

Тем не менее, перепад температур наружной поверхности отопительного устройства при топке дважды в сутки не превышает десяти градусов, что гораздо меньше, чем у металлических или кирпичных не теплоемких аналогов.

Расход топлива правильно спроектированной и построенной кирпичной печи

Учитывая невысокий коэффициент полезного действия (КПД) такой печи и ее тепловую мощность 2 кВт/ч, для получения требуемого количества тепла за сутки необходимо сжечь примерно 12 кг дров средней влажности (20%) или 10 кг низкой (15%).

При этом примерно 3 кг составляет первая закладка, которая дает основной объем тепловой энергии, а остальное подкладывают после и сжигают в режиме тления, чтобы поддерживать температуру.

Если полная мощность не требуется, то обходятся только одной закладкой дров.

Там, где такой печью отапливают хорошо утепленные помещения площадью 10–20 м2, расположенные на юге России или в районе средней полосы, удается протопить печь тремя крупными поленьями.

Основные проблемы, возникающие при проектировании и строительстве подобных печей

Главной проблемой подобных отопительных приборов является малый внутренний размер (25 х 25 см), из-за чего сложно создать условия для нормального сгорания дров и качественного изъятия тепла, полученного в результате этого.

Чтобы разобраться, почему так происходит, необходимо подробно рассмотреть процессы горения и отъема тепловой энергии, происходящие внутри кирпичных печей.

Процесс горения

Когда вы поджигаете находящиеся в топке дрова, происходит несколько взаимосвязанных процессов. Сначала, под воздействием высокой температуры, происходит термическое разложение (пиролиз) растопки, то есть бумага или древесная кора превращаются в пиролизный газ.

Затем этот газ смешивается с проходящим через топку потоком воздуха и, при достижении определенных пропорций соотношения входящих в его состав горючих веществ с атмосферным кислородом, начинается реакция окисления с выделением тепловой энергии и образованием пламени.

Обязательными условиями для начала такой реакции являются:

  • нахождение возле молекулы углерода как минимум одной молекулы кислорода;
  • нахождение возле молекулы водорода двух молекул кислорода;
  • достаточная (как минимум 250 градусов Цельсия) температура.

Результатом реакции окисления является образование различных веществ, часть из которых, например, угарный газ (СО), все еще являются горючими и могут быть дожжены для получения максимального тепла.

Чтобы произошло дожигание, необходимы те же условия, то есть наличие кислорода и высокая температура, причем, как горение, так и дожиг, происходят на молекулярном уровне, то есть горит не абстрактный объем газа, а конкретные молекулы.

Из этого проистекает третье крайне важное условие – тщательное перемешивание пиролизных и дымовых газов с воздухом, благодаря которому максимальное количество молекул углерода и водорода получит необходимое количество молекул кислорода.

Теоретически, для максимально полного сгорания древесины достаточно лишь увеличить подачу воздуха, при избытке кислорода больше молекул углерода будут окислены, а значит, выделится больше тепла, однако в кирпичных печах этот подход не работает.

Ведь чем больше поток воздуха, тем больше поступление азота, которого в его составе 78% азота, который не участвует в реакции окисления, а лишь охлаждает поток дымовых газов.

Поэтому в КП, для выполнения этих условий используют следующие технические решения:

  1. Пропускают воздух через колосниковую решетку прямо в зону горения, это нагревает его и обеспечивает достаточное количество молекул кислорода как на этапе первичного горения, так и для последующего дожига.
  2. Создают препятствия на пути движения смеси воздуха с пиролизными и дымовыми газами (дросселируют), благодаря чему образуются турбулентности (завихрения), перемешивающие все компоненты, что также создает условия для окисления молекул углерода и угарного газа.

Проблема в том, что для эффективного перемешивания недостаточно только создания турбулентностей, необходим достаточный объем свободного пространства, на котором бы происходило перемешивание газов, а из-за малого внутреннего сечения это возможно только за счет высоты топки.

Из опыта известно, что в полноразмерных топках для достижения максимально эффективного перемешивания и сгорания/дожига газов необходима высота в 1,5 м, после чего поток дымовых газов можно подавать в каналы или колпаки.

Отбор тепловой энергии

Отбор тепловой энергии внутри печи происходит двумя способами:

  • инфракрасное излучение горящих дров нагревает кирпичи;
  • проходящие по дымоходу газы, контактируя со стенками дымоходов, отдают им часть своего тепла.

Инфракрасное излучение представляет серьезную угрозу для кладки, ведь даже хороший керамический кирпич выдерживает температуру лишь в 800 градусов, а температура пламени даже от дров составляет 100–1100 градусов.

В любой хорошей печи топку обязательно футеруют шамотным кирпичом, который выдерживает 1600 градусов и не разрушается даже от угля, температура сгорания которого достигает 1200–1400 градусов.

Эффективность же второго способа отбора тепла прямо пропорциональна площади внутренних стенок дымохода, который в печах формата 2х2 фактически является прямой трубой, поэтому и отбор тепла будет минимален.

Чтобы исправить ситуацию, используют различные скорости движения дымовых газов, ведь чем быстрей они перемещаются, тем слабей успевают нагреть кирпичные стенки.

Повысить эффективность второго способа можно двумя путями:

  • увеличением протяженности, а значит и площади внутренней поверхности дымовых каналов;
  • снижением скорости движения дыма.

Бесконечное увеличение длины дымовых каналов невозможно по двум причинам:

  1. Чем больше их длина, тем более сильная тяга нужна для нормального продвижения дымовых газов по дымоходу, в противном случае во время растопки такая печь будет сильно дымить.
  2. единственный способ увеличить длину каналов в таких КП – это установка рассечек, сделанных из кирпичей, поэтому даже поставив его на ребро, не только разделите один канал на два, но и существенно сократите сечение обоих. Ведь ширина поставленного на ребро кирпича составляет 65 мм, то есть сечение обоих каналов будет не 250 х 120 мм, а 250 х 97,5, если же поставить еще одну перемычку поперек, то получится четыре канала сечением не 120х120, а 97,5 х 97,5.

Средняя скорость движения дыма в дымоходах кирпичных печей составляет 5 м/с, а объем выделяемого за секунду дыма при топке с полной загрузкой 25–30 л.

При сечении канала в 97,5 х 97,5 мм и такой скорости движения, через него за секунду может пройти примерно 50 л дымовых газов, но лишь по прямой и после полного прогрева дымохода.

На изгибах и во время растопки печи скорость движения газов падает в 1,5–3 раза, из-за чего сечения не хватит для нормальной работы дымохода.

Способы повышения эффективности таких печей

С учетом всего вышеизложенного, есть лишь 3 способа повышения эффективности КП формата 2х2 кирпича:

  1. Увеличение размеров колосниковой решетки для более равномерного распределения воздуха.
  2. Футеровка топливника лещадкой с установкой между ней и телом печи слоя теплоизоляции.
  3. Подовая топка.
  4. Создание колпака над топкой.
  5. Каскадное дросселирование дымовых газов.

Несмотря на то, что для горения такого количества дров необходим минимум воздуха (по сравнению с более мощными КП) и можно обойтись даже самая маленькая колосниковая решетка, для лучшего распределения воздуха устанавливают колосник РД-4 размером 250х250 мм.

Это сильно снижает скорость прохода воздуха через щели решетки, благодаря чему он поступает по всей площади топки, что обеспечивает более качественное перемешивание воздуха.

Футеровка печей не полноразмерным шамотным кирпичом, а менее широкой лещадкой позволяет установить между ней и телом КП слой теплоизолятора, например, базальтовой или каолиновой ваты, благодаря чему резко сокращается теплопередача от футеровки к наружной поверхности печи.

Из-за снижения теплопотерь на нагрев тела КП, возрастает температура лещадки, что приводит к росту температуры внутри топки, а значит, улучшает сгорание и дожиг дымовых и пиролизных газов.

Несмотря на все преимущества колосниковых топок, у них есть один существенный недостаток (отличия от колосниковой) – зольная камера не участвует в выработке тепла, но занимает как минимум четыре ряда печи.

Если убрать колосниковую решетку с зольной камерой и опустить топку ниже, то можно будет увеличить высоту теплообменного участка кладки, кроме того, такая печь будет нагреваться от самого низа, а не на высоте тридцати сантиметров.

Идея колпаковых печей не нова, однако первым хорошо работающую модель разработал Игорь Викторович Кузнецов (ОИК-14), однако для ее постройки требуется кирпич крайне высокого качества поэтому появились модернизированные варианты такой конструкции.

К примеру, одни печники предлагают выкладывать топку полностью из шамотного кирпича, другие из кирпича, установленного в четверть и лещадки с теплоизолятором, однако общая концепция и схема движения дымовых газов у всех одинаковы.

Первым работающую схему печи с каскадным дросселированием разработал Вадим Михайлович Калеватов и описал в своей книге «Печи нового поколения».

Проходя через сужение, скорость потока дымовых газов возрастает, а после выхода резко падает, из-за чего медленней движется вдоль теплосъемных элементов и так несколько раз, поэтому коэффициент отъема тепла сопоставим с колпаком Кузнецова.

Порядовка

В этой статье вы найдете порядовку печи, которая вобрала в себя самые удачные технические решения и является наиболее эффективной.

Эта КП оснащена подовой топкой, поэтому нагревается от уровня пола, что предъявляет особые требования к тепловой защите последнего, если он сделан из горючих материалов.

Минимальное расстояние от дна дымооборотов, а под подовой топки вполне можно считать таким, до пола из горючих материалов составляет 250 мм, это прописано в пункте 5.22 Приказа МЧС России от 21.02.2013 N 116 «Об утверждении свода правил СП 7.13130 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности.

Если у вас горючие элементы пола вплотную примыкают к печи, то перед первым рядом положите еще три ряда кирпича, обеспечив перевязку рядов, так вы защитите пол от возгорания и избавите себя от риска возникновения пожара.

Тепловая мощность такой конструкции составляет 1,8–2,2 кВт/ч при топке дважды в сутки, а для ее постройки вам потребуются:

  1. Кирпич керамический полнотелый рядовой или лицевой размера 1НФ (250х120х65 мм) прочностью как минимум М150 примерно 200 шт (часть будет бракованной или получит повреждения в результате неудачной обработки).
  2. Кирпич шамотный размером 230х115х65 5 шт.
  3. Лещадка шамотная размером 230х115х40 45 шт.
  4. Смесь кладочная печная или самодельный раствор, о котором мы рассказывали тут (Раствор).
  5. Мертель для кладки шамотного ядра.
  6. Дверка топочная ДТ-3, посадочный размер 250х210 мм, желательно с шибером 1 шт.
  7. Монтажный тоннель (короб) для дверки ДТ-3 1 шт.
  8. Дверки прочистные, посадочный размер 130х130 мм 2 шт.
  9. Задвижка печная ЗВ-1 1 шт.
  10. Теплоизолятор количество зависит от ширины и длины рулона.

После окончания кладки рядов, показанных на порядовке, вам нужно будет поставить дымоход из кирпича или сэндвич-трубы, а также провести его через перекрытие и кровлю.

Дымовая труба из кирпича прослужит дольше, но возрастет требование к (фундаменту), а также печь нельзя будет поставить даже на крепкий деревянный пол.

Сэндвич-дымоход заметно легче, но срок его службы редко превышает 15 лет.

Заключение

Печи сложенные форматом 2 х 2 кирпича, несмотря на очень маленький размер, выделяют до двух киловатт тепла, благодаря чему с их помощью можно обогревать хорошо утепленные помещения площадью до тридцати квадратных метров.

Из-за столь небольшого размера их конструкция отличается от устройства теплоемких печей более крупных форматов, что, с одной стороны, немного снижает их теплоемкость, а с другой стороны незначительно затрудняет процесс кладки.