Несмотря на то, что часть печников критикует подовые печи (ПП) за низкую эффективность сжигания древесины, при правильной конструкции подовой топки (ПТ) и ее соответствии печи она как минимум не уступает колосниковой, а в некоторых случаях даже превосходит ее.

Кроме того, потенциал подовых печей для отопления домов до конца не исчерпан, а также наработано немало технических решений, с помощью которых можно повысить эффективность отопительных или отопительно-варочных печей.

В данной статье вы найдете информацию о строительстве кирпичных подовых печей и каминов для отопления дома, работающих на дровах и другом топливе, а также узнаете, где найти порядовки для разного таких вида конструкций.

Способы печного отопления дома

Прежде, чем сравнивать между собой колосниковые и подовые топки, необходимо сначала рассмотреть способы печного отопления домов.

Вот основные из них:

  1. Печи быстрого нагрева, в том числе металлические.
  2. Комбинация металлической печи и кирпичного отопительного щитка.
  3. Теплоемкие кирпичные или глинобитные.
  4. Печи-котлы из кирпича.

Печи быстрого нагрева

Главным преимуществом таких устройств является быстрый нагрев – уже через полчаса после того, как их затопили, внутри дома начинает теплеть, однако металлические печи остывают через те же полчаса после протопки, а кирпичные через 2–6 часов.

Кроме того, чтобы обеспечить быстрый прогрев, тело кирпичной печи приходится выкладывать в четверть кирпича (на ложок), что резко снижает ее прочность и приводит к появлению щелей в кладке, через которые в помещение попадают дымовые газы.

Чтобы избежать такого развития событий, их кожухуют, то есть закрывают сверху металлическим кожухом.

Комбинация металлической печи и кирпичного отопительного щитка

Такое сочетание компенсирует главный недостаток металлических аппаратов – почти нулевую теплоемкость, а также избавляет от необходимости укладывать кирпич на ложок. Вместо этого отопительный щиток (грубу) любого типа выкладывают в полкирпича (на постель), благодаря чему он обладает гораздо более высокой теплоемкостью.

Несмотря на то, что «буржуйка» (так нередко называют металлические печи) интенсивно отдает тепло через наружные стенки, температура выходящего из нее дыма, особенно при топке в нормальном, а не «длительном» режиме, составляет 500–800 градусов, чего достаточно для прогрева щитка и трубы.

Фото 2

При этом «буржуйка» тепловой мощностью 10 кВт/ч способна быстро согреть помещение площадью 70–150 м2 (зависит от эффективности утепления), но вот тепловая мощность грубы редко превышает 3 кВт/ч, чего не хватит для полноценного поддержания температуры внутри такого помещения.

Чтобы компенсировать этот недостаток, используют 2 способа:

  • увеличивают мощность «буржуйки»;
  • снижают количество тепла, которое теряется через наружную поверхность.
Первый способ чаще всего применяют в банях, а для реализации второго корпус теплового прибора обкладывают базальтовой ватой или иным утеплителем, затем закрывают металлическим или кирпичным кожухом.

Можно сделать кожух в виде калорифера, то есть обеспечить движение воздуха между ним и металлом, в этом случае он тоже будет накапливать, затем отдавать тепло.

Теплоемкие кирпичные или глинобитные

Время прогрева таких конструкций составляет 1–5 часов, однако остывают они до двух суток, причем под остыванием подразумевают падение температуры до отметки 35–40 градусов, охлаждение же до комнатной температуры может занять до трех суток.

Еще одним серьезным недостатком является огромный вес, из-за чего для установки такой печи требуется мощный фундамент. Они эффективно обогревают одно или несколько соседних помещений, но протопить с их помощью комнаты, расположенные на удалении 5–10 метров друг от друга, невозможно.

Печи-котлы

Эти устройства не нагревают воздух, ведь теплоносителем для них выступают вода или антифриз, благодаря чему можно обогреть даже большой дом. Однако конструкция таких устройств гораздо сложней, чем отопительных или отопительно-варочных печей, ведь необходимо не только изготовить теплообменник соответствующего размера, но и правильно установить его.

Принцип работы такой печи на дровах

Чтобы понять принцип работы любой печи, необходимо рассмотреть происходящие внутри нее процессы, то есть:

  • сгорание дров;
  • впитывание тепла внутренней поверхностью печи;
  • накопление тепла телом печи;
  • излучение накопленного тепла в комнату или теплоноситель, если речь идет о котлах.

Сгорание дров

Сгорание дров – это несколько протекающих одновременно физических и химических процессов, основными из которых являются:

  • термическое разложение древесины (пиролиз);
  • образование смеси пиролизных газов и воздуха (кислорода);
  • окисление углерода кислородом с выделением тепловой энергии;
  • дожиг пиролизных и дымовых газов в топке и каналах печи.

Древесина, из которой состоят дрова, сама по себе не является горючим материалом из-за высокой плотности, однако при нагреве она разлагается на горючие пиролизные газы и негорючий остаток, золу.

Это происходит из-за того, что сложные цепочки полимеров, под действием температуры расщепляются на простые углеводороды, а также теряют связь с друг другом, становясь более пригодными для окисления кислородом. Термическое разложение начинается при температуре +250 оС (градусов Цельсия), и по мере нагрева его, интенсивность процесса только возрастает.

Фото 3

Выделенные во время термического разложения газы смешиваются с поступающим в топку кислородом, причем концентрация обоих газов даже в объеме топки неравномерна. Для окисления одного атома углерода необходимы 1–2 атома кислорода, при взаимодействии с одним атомом кислорода происходит частичное окисление с образованием горючего и взрывоопасного угарного газа (СО).

В зависимости от конструкции топки, а также режима работы печи, в процессе окисления участвует 10–50% углерода, еще какая-то часть (в лучшем случае 15–30%) вступает в реакцию с кислородом внутри каналов печи, но общий процент окисленного углерода редко превышает 65%.

В правильно рассчитанных и построенных печах температура дымовых газов в районе хайла составляет 800–900 градусов, благодаря чему процесс окисления продолжается даже внутри первого канала.

Наиболее эффективно это реализовано в финских противоточных печах – канал с большим сечением обеспечивает дополнительное перемешивание газов, что ведет к интенсивному окислению молекул углерода.

Попытка увеличить количество кислорода, подавая больше воздуха приводит к охлаждению дымовых газов. Несмотря на то, что избыток кислорода повышает эффективность процесса окисления углерода, а значит выделения тепловой энергии, избыток азота, которого в воздухе 78%, охлаждает дымовые газы, из-за чего в районе хайла их температура падает до отметки 500–700 градусов.

Впитывание тепла внутренней поверхностью печи

Этот процесс происходит внутри печей любых конструкций, в том числе «Буржуек». Открытый огонь и раскаленные дымовые газы взаимодействуют с внутренней поверхностью топки и каналов, отдавая им часть тепловой энергии.

В хорошей печи температура газов на выходе из трубы составляет 120–150 градусов, это высушивает конденсат к концу топки, благодаря чему он не разрушает материалы, из которых сделан отопительный прибор. Если стенки каналов обросли сажей и хлопьями золы, то эффективность впитывания тепла снижается, из-за чего больше тепловой энергии улетает в трубу.

Накопление тепла

Этот процесс происходит в любых материалах, а количество накопленного тепла зависит от трех факторов:

  • температуры воздействующих на поверхность пламени или газов;
  • теплопроводности материала;
  • соотношения массы материала, запасающего тепло и наружной поверхности печи.

Именно поэтому количество запасенного тепла напрямую зависит от эффективности сгорания дров и режима работы топки – чем горячей дымовые газы, тем больше тепла запасет отопительный щиток или тело печи.

Теплопроводность стали и чугуна, то есть основных материалов, из которых делают «буржуйки», гораздо выше, чем кирпича, поэтому такие тепловые приборы почти моментально нагреваются и быстро остывают. Этим же объясняются невысокая теплоемкость отопительных щитков и печей, сложенных на ложок, а также огромный запас тепла русских печей.

Излучение накопленного тепла

Для того, чтобы ПП была безопасной, температура излучающей тепло поверхности не должна превышать 60–70 градусов, иначе высок риск получить ожог. Однако при такой температуре теплоодача невысока, поэтому маленькая буржуйка или относительно небольшой котел воздушного отопления, такой как Бренеран или Булерьян, выделяют гораздо больше тепловой энергии, чем массивная кирпичная печь.

Фото 4

Причем в обычных буржуйках, рассчитанных не на горение, а скорее на тление дров, температура наружной поверхности нередко превышает 200 градусов. При этом в котлах воздушного отопления, которые по сути те же буржуйки, благодаря калориферу температура наружной поверхности не превышает 90 градусов.

Подовая и колосниковая топка – основные отличия

Основным отличием между ними является способ подачи воздуха в зону пиролиза:

  • в подовой он поступает через открытую дверцу или отверстия в ней;
  • в колосниковой он проходит через зольную камеру, расположенную под топкой, после чего через колосниковую решетку выходит под уложенными дровами.

Когда воздух поступает в топку через колосники, то сразу же попадает в зону термического разложения древесины, благодаря чему часть пиролизных газов сгорает там же, поддерживая тем самым температуру и активизируя процесс пиролиза. Кроме того, проходя через укладку дров, воздух нагревается и смешивается с горячими пиролизными газами, что резко активизирует процесс окисления углерода.

В подовых топках воздух поступает через отверстия в дверце на уровне пода или выше, причем сразу же растекается по нему, смешиваясь с наиболее холодными пиролизными газами.

Из-за низкой температуры смеси процесс окисления протекает медленно, а значит выделяется гораздо меньше тепловой энергии, что приводит к:

  • неэффективному сгоранию дров;
  • меньшей температуре дымовых газов в районе хайла;
  • менее эффективному перемешиванию пиролизных газов и воздуха.

Количество выделяемых пиролизных газов в подовой и колосниковой топке одинаково, однако из-за неэффективного перемешивания процесс окисления углерода протекает менее интенсивно, что приводит к увеличению содержания углерода в дымовых газах.

Это не только снижает коэффициент полезного действия (КПД) печи, но и увеличивает количество сажи в каналах отопительного щитка и дымовой трубе. Поэтому печь с подовой топкой всегда будет чуть менее эффективной и также с более сильным сажеобразованием, чем точно такая же, но с колосниками.

Тем не менее, у подовой топки есть свой плюс – уменьшенная высота от пола комнаты до пода топки, ведь под ней нет зольной камеры. Это особенно актуально для печей без отопительного щитка, ведь они греют от уровня пода, а ниже него можно расположить калорифер, который увеличит общую теплоотдачу и обеспечит прогрев от уровня пола. Также это позволит расположить варочную плиту на 2–4 ряда ниже при сохранении общей высоты топочной камеры.

Как повысить эффективность подовой топки?

Несмотря на то, что в базовом варианте эффективность ПТ невысока, ее можно поднять даже выше уровня колосниковой топки.

Для этого:

  1. Хайло располагают в верхней части топки так, чтобы дым из него уходил в вертикальный канал достаточно большого сечения (как минимум в кирпич).
  2. Между подом и задней стенкой ПТ формируют скос, создающий завихрение потока газов и воздуха, а также улучшающий их перемешивание.
  3. Над дровами, в зоне активного горения, подают вторичный воздух, одновременно сокращая его подачу в нижней части топки.
  4. Футеруют топку шамотным кирпичом, а также прокладывают между телом печи и футеровкой теплоизолятор, например, базальтовую или каолиновую вату.
  5. Забор вторичного воздуха с улицы через трубу, проложенную под домом.

Если расположить хайло сверху и подключить к нему широкий первый канал, как это реализовано в финской противоточной печи, то ПТ и первый канал образуют единую систему, в которой горение и дожиг пиролизных газов происходит во всем объеме.

Фото 5

В результате даже на выходе из первого канала, длина которого нередко превышает 100 см, температура дымовых газов составляет 600–800 градусов, что заметно лучше, чем у печей шведской, голландской или колпаковой схемы с колосниковой решеткой. Такое же решение можно реализовать и в печах с горизонтальными каналами или колпаком, создав оптимальный объем этой системы.

Скос в задней части эффективен лишь там, где первый канал является достаточно большим и расположен вертикально. Если канал расположен горизонтально или сделан в форме колпака, то результат воздействия этого скоса будет во много раз меньше.

Подача вторичного воздуха над уровнем дров является наиболее действенным способом повышения эффективности подовых печей, главной проблемой которых является недостаточное перемешивание пиролизных газов и воздуха.

Однако общее количество воздуха не должно превышать необходимое для окисления всего углерода, из которого состоят дрова, иначе избыток азота приведет к охлаждению дымовых газов. Максимальный эффект будет достигнут, если после того, как дрова разгорятся, почти полностью перекрыть подачу воздуха в районе пода и максимально подать его над дровами, предварительно подогрев до температуры 300–500 градусов.

Футеровка топки снижает потери тепла на излучение через наружную поверхность ПП, благодаря чему ее внутренняя поверхность нагревается сильней, чем такая же поверхность ПТ без футеровки. Укладка теплоизолятора между телом печи и футеровкой усиливает этот эффект.

Еще один плюс футеровки в том, что между ней и телом печи можно проложить воздушный канал, проходя по которому вторичный воздух нагреется до температуры 300–500 градусов, повышая эффективность горения и дожига пиролизных газов.

Максимальный же эффект будет достигнут при использовании всех вышеперечисленных методов.

Наиболее удачные варианты конструкций

К наиболее удачным моделям отопительных и отопительно-варочных ПП можно отнести:

  1. «Русскую теплушку».
  2. «Деревенскую Голландку».
  3. «Малютку» Подвысоцкого.
  4. Колпаковую «Малютку» для дачи.
  5. Колпаковую, по мотивам «Малютки» Бояринцева.

«Русская теплушка»

Эту печь спроектировал и построил советский инженер Иосиф Самуилович Подгородник (Подгородников) в середине 30-х годов ХХ века для небольших крестьянских домов. Она сочетала в себе классическую русскую печь с подтопком, то есть варочной плитой и нижний прогрев, свойственный более современным «Голландкам» и «Шведкам».

Конструкция получилась удачной и сочетала в себе неплохую тепловую мощность и высокую теплоемкость, а благодаря возможности готовить на ней самые различные блюда была идеальным решением для небольших (30–50 м2) домов, не подключенных к сетевому электроснабжению.

«Деревенская Голландка»

Под этим названием известен целый класс отопительных устройств, для создания которых не требовались колосниковая решетка и поддувальная дверца.

Фото 6

Это было существенным плюсом, ведь весь чугун шел на строительство новых заводов, поэтом для своего времени деревенская «Голладнка» была весьма эффективной. До сих пор в деревнях подобные конструкции называют «Голанками», вне зависимости от того, как у них расположены каналы, вертикально или горизонтально.

«Малютка» Подвысоцкого

Эта отопительно-варочная ПП предназначена для обогрева небольших (15–25 м2) помещений и дачных домиков, благодаря сочетанию кладки в полкирпича и варочной плиты, она эффективно запасает тепло, а также начинает прогревать помещение уже через 15–20 минут. Под подом расположены шанцы, создающие калорифер и повышающие тем самым общую теплоотдачу.

Колпаковая «Малютка» для дачи

Эта малогабаритная конструкция предназначена для обогрева небольших помещений и дачных домиков площадью 20–35 м2, оснащенных невысокой дымовой трубой.

Сочетание футерованной топки с канальной схемой движения газов, а также объединением ПТ и первого колпака в единую систему, повышает эффективность печи до уровня колосниковых аналогов, обеспечивая:

  • равномерный прогрев по всей высоте;
  • высокую теплоотдачу;
  • высокую теплоемкость.

Колпаковая, по мотивам «Малютки» Бояринцева

Разработанная Игорем Бояринцевым «Малютка» обладала серьезными недостатками (низкий КПД и малая, для такого размера, тепловая мощность), хотя имела огромный потенциал модернизации.

На основании этой конструкции была построена новая модель, сочетающая в себе все преимущества системы «Живой дом» и не имеющая недостатков, свойственных оригиналу.

В результате тепловая мощность, при сохранении длины и ширины печи, возросла почти вдвое, что позволяет с ее помощью отапливать более просторные помещения.

Порядовка подовой печи для отопления дома

Вот порядовка подовой печи для отопления дома, составленная автором этой статьи. На ее основе можно разработать вариант, который подойдет для ваших конкретных условий:

Видео по теме статьи

В видео ролике ниже автор рассказывает, как построить бюджетный вариант кирпичной подовой печи для отопления небольшого жилого помещения:

Заключение

Подовые отопительные и отопительно-варочные печи, несмотря на несколько архаичную конструкцию, обладают огромным потенциалом модернизации и при правильном проектировании и кладке могут составить конкуренцию колосниковым аналогам, а в некоторых случаях даже превосходят их.

Тем не менее, ПП при одинаковой конструкции всегда будут уступать колосниковым из-за особенностей движения газов в таких топках.