Читайте в статье
Несмотря на доступность газа и электричества, кирпичные печи (КП) не теряют своей популярности, ведь они не только продолжат работать при отключении этих коммуникаций, но и являются элементом интерьера дома или участка.
Кроме того, те, кто построил хорошую печь в своем доме, отмечают, что тепло от нее гораздо более приятное, иногда даже говорят, «доброе», чем от газовых или электрических отопительных приборов.
Ниже поговорим о том, какие бывают варианты кирпичных печей, работающих на дровах и другом топливе, и по каким параметрам они различаются, а также продемонстрируем их фото.
Параметры для деления на разновидности
Все КП можно разделить на разновидности по следующим признакам:
- Типу топлива.
- Способу сжигания топлива.
- Назначению.
- Схеме движения газов.
- Форме.
- Теплоемкости.
- Способу вывода продуктов сгорания топлива из помещения.
- Отделке.
Тип топлива
Все печи, за исключением тех, которые предназначены для сжигания мусора, превращают топливо в тепловую энергию, поэтому их топливник оптимизирован для того или иного горючего материала. Зачастую КП, предназначенная для работы на одном виде топлива, неэффективно сжигает другой тип горючего материала, а то и вовсе не может его использовать.
Вот наиболее популярные виды топлива для кирпичных печей:
- Дрова.
- Уголь (бурый, каменный, антрацит).
- Пеллеты.
- Торф.
- Солома и другие высушенные растительные отходы.
- Брикеты.
- Кизяк.
- Жидкое и газообразное топливо.
Дрова являются универсальным, поэтому превращать их в тепло, пусть даже не слишком эффективно, может печь любой конструкции. Уголь подходит для сжигания только там, где топливник футерован и оснащен колосниковой решеткой, это связано с особенностями горения – необходимо, чтобы воздух проходил через всю закладку угля, причем температура там поднимается до отметки 1100–1200 градусов.
Пеллеты по своей форме похожи на уголь, поэтому их эффективное сжигание возможно только там, где установлена колосниковая решетка, при этом температура горения сопоставима с дровами, а значит можно обойтись без футеровки.
Остальные виды топлива, за исключением жидкого и газообразного, по своему поведению в печи похожи на дрова, поэтому их тоже можно считать универсальными, однако у них есть свои недостатки:
- торф горит только на колосниковой решетке, выделяет неприятный запах и сильно загрязняет каналы печи и дымовой трубы;
- солома дает сильный жар, но быстро прогорает;
- брикеты обходятся заметно дороже дров;
- кизяк горит только на колосниковой решетке, дает мало тепла, поэтому печь приходится топить им дольше.
В этих статьях вы найдете много информации по различным видам топлива и их пригодности для топки печей:
- Как топить русскую печь.
- Как топить кирпичную печь брикетами и пеллетами.
- Как топить печь дровами.
- Как топить печь углем.
- Как топить печь.
- Чем топить печь помимо дров.
Чтобы топить печь жидким и газообразным топливом, необходима специальная аппаратура.
Способ сжигания топлива
Несмотря на то, что сгорание топлива, то есть совокупность физических и химических процессов, результатом которых становится окисление углерода и водорода с выделением тепловой энергии, в том числе пламени, одинаково во всех КП, существуют серьезные отличия, обусловленные конструкцией печи.
Ведь топливники печей различного назначения, да еще и под разные виды топлива, создают особый режим горения, причем далеко не всегда обеспечивающий наиболее высокую эффективность сжигания горючего материала.
Нередко печники жертвуют эффективностью ради упрощения конструкции или продления срока службы КП.
Тем не менее, все способы сжигания топлива в печах можно разделить следующим образом:
- Подовое.
- Колосниковое.
- Колосниковое внутри шахты.
- С подачей вторичного воздуха на уровне пода.
- С подачей вторичного воздуха над уровнем топлива.
- С естественным дожигом дымовых и пиролизных газов.
- С катализатором дожига.
Подовое
Этот вид сжигания топлива известен с древнейших времен и первым его примером являлся обычный костер, ведь под – это дно топливной камеры, а в случае костра земля или лежащие на ней камни. Отличительной чертой подового горения является доступ воздуха к топливу лишь снаружи закладки, поэтому температуру, необходимую для эффективного процесса пиролиза, поддерживает внешнее горение.
Там, где каждой молекуле углерода достаются две молекулы кислорода, а двум молекулам водорода одна кислорода, происходит полное окисление с выделением максимального количества энергии и образованием углекислого газа или водяного пара.
Если соотношение иное, то происходит частичное окисление с выделением меньшей энергии и образованием токсичного и взрывоопасного угарного газа, который может быть еще раз окислен до углекислого.
Поэтому основная проблема подового горения – слабое перемешивание газов, из-за чего процесс нормального окисления проходит 5–20% углерода, все остальное, если не догорает в камере дожига, вылетает в трубу.
Некоторые модели подовых печей благодаря особой конструкции топки поднимают процесс окисленного углерода до отметки 30–40%, после дожига в соответствующей камере он увеличивается до уровня 45–55%.
Колосниковое
Отличительной чертой колосникового горения является проход воздуха через всю укладку топлива, благодаря чему процесс пиролиза протекает более интенсивно, а также увеличивается эффективность перемешивания газов, что обеспечивает окисление 10–35% углерода даже в простых печах.
Минусом же таких топливников является зольник, который увеличивает расстояние от пола до уровня топлива, поэтому при одинаковой высоте печей в колосниковых конструкциях остается меньше пространства для движения дымовых газов. Более подробно о различиях в подовых и колосниковых топливниках читайте тут (отличие от колосниковой).
Колосниковое с шахтой
Чтобы обеспечить эффективное горение угля, его необходимо сжигать не в обычном колосниковом топливнике, а в камере с шахтой, это связано с тем, что стенки шахты, раскалившись от контакта с углем, подогревает топливо.
Это приводит как к более интенсивному процессу пиролиза, так и к лучшему перемешиванию пиролизных газов с воздухом, что увеличивает количество углерода, вступающего в реакцию с кислородом внутри топки и поднимает температуру газов в районе хайла.
Саму же шахту выкладывают из шамотного кирпича или лещадки, а для повышения эффективности печи пространство между красным и шамотным кирпичом заполняют базальтовой или каолиновой ватой.
С подачей вторичного воздуха на уровне пода
Основной проблемой большинства колосниковых топливников является распределение воздуха на уровне пода, ведь горящее топливо сразу же нагревает его, после чего воздух устремляется вверх.
В какой-то мере эту проблему решают установкой двух колосниковых решеток, благодаря чему такой колосник занимает почти все пространство пода, однако такой подход не пользуется популярностью, ведь проходящий воздух все же охлаждает топливо над колосником.
Одним из возможных решений этой проблемы является подача вторичного воздуха (ВВ), который идет в обход основной массы топлива, поэтому не охлаждает его и не снижает эффективности процесса пиролиза, но повышает количество кислорода внутри топливника.
Часто выход ВВ располагают в районе задней стенки топливника, там он оказывает минимальное влияние на температуру топлива, а также быстро нагревается от стенок камеры и раскаленного горючего.
Если КП оснащают дверцей со стеклом, то чтобы языки пламени не оставляли на нем сажи, под дверцей организуют выход ВВ, который с одной стороны отбивает пламя, снижая его температуру, а с другой увеличивает количество кислорода внутри топливника при сокращении подачи воздуха через колосник.
Эффективная работа топливных камер с подачей ВВ возможна лишь при точном расчете движения воздуха внутри топочного пространства, поэтому такие печи строят лишь опытные мастера.
С подачей ВВ над уровнем топлива
Ограничение подачи воздуха через колосниковую решетку или шибер топочной дверцы снижает охлаждающий эффект, поэтому процесс пиролиза протекает более эффективно, однако это же уменьшает количество кислорода в топочном пространстве, а значит меньше углерода вступит в реакцию.
Чтобы исправить такую ситуацию, ВВ подают над топливом, причем предварительно подогрев его, благодаря чему кислород сразу же вступает в реакцию с углеродом, а воздух не охлаждает проходящее процесс пиролиза горючее.
Чтобы нагреть воздух, его проводят между футеровкой и телом печи, это немного снижает наружную температуру шамотного кирпича, зато увеличивает количество углерода, который вступает в реакцию с кислородом внутри топочного пространства, повышая тем самым эффективность всей печи.
Реализацию такой подачи ВВ вы найдете в этих статьях:
Естественный дожиг дымовых и пиролизных газов
Для того, чтобы максимально окислить углерод и водород, входящие в состав пиролизных газов, необходимо следующее:
- минимальная высота топливника 100 см от пода/колосниковой решетки или 70 см от верхнего края топлива;
- минимальная ширина топливника (обычно один кирпич, то есть примерно 25 см);
- минимальная длина топливника (50 см для дров или 30 см для угля);
- футеровка топливника шамотным кирпичом или лещадкой с установкой между ними и телом печи теплоизолятора;
- минимальная подача воздуха через шибер дверцы или колосники;
- подача достаточного (но не избыточного) подогретого ВВ над уровнем топлива.
Эти требования несложно реализовать в отопительных КП с колпаками или вертикальными каналами, поэтому в них эффективность превращения топлива в тепловую энергию гораздо выше, чем у конструкций, оснащенных варочной плитой или горизонтальными каналами.
Если над топливной камерой установлена чугунная плита, то процесс дожига протекает менее эффективно из-за недостаточного объема свободного пространства, в котором невозможно тщательное перемешивание газов.
Катализатор дожига
Роль катализатора исполняет уменьшение сечения топливника или первого вертикального канала, из-за чего улучшается перемешивание газов и возрастает скорость их движения.
Для повышения эффективности один общий поток разбивают на несколько раздельных потоков, для чего делают решетку из шамотного кирпича/лещадки или укладывают колосниковую решетку.
Назначение КП
По назначению все печи можно поделить на:
- Отопительные.
- Отопительно-варочные.
- Камины.
- Очаги.
- Хлебные.
- Котлы отопления.
- Для сжигания мусора.
- Многофункциональные.
Отопительные
Отопительные КП предназначены для обогрева различных строений, а принцип их действия заключается в том, что они впитывают тепло, полученное при сгорании топлива, после чего какое-то время излучают запасенную энергию, нагревая тем самым воздух в помещении.
Некоторые модели отопительных КП оснащают калорифером, то есть дополнительными каналами, расположенными внутри тела печи. Двигаясь по ним, уличный или комнатный воздух нагревается и поступает в помещение.
К отопительным относят и банные печи, ведь они тоже поднимают температуру внутри помещения, а производство пара является лишь дополнительной функцией.
Примеры отопительных печей вы найдете в этих статьях:
Отопительно-варочные
Основное отличие отопительно-варочных от отопительных КП заключается в наличии чугунной варочной плиты, на которой можно варить или жарить различную еду.
Нередко такие конструкции оснащают еще и духовкой, что расширяет возможности приготовления еды, однако духовка и плита снижают эффективность в плане обогрева помещения. Ведь через плиту теряется часть полученной при сгорании дров тепловой энергии, что снижает температуру в топливнике.
Поэтому отопительно-варочные КП ставят там, где в первую очередь необходима готовка еды, а обогрев помещения является лишь дополнительной функцией, поэтому некоторое снижение эффективности является приемлемым.
Тем не менее, встречаются конструкции, которые эффективно справляются как с обогревом помещения, так и с готовкой еды, одна из них – «Теплушка» Подгородникова, построенная на базе русской печи.
Камины
Несмотря на то, что камины можно отнести к отопительным печам, их основным назначением является украшение помещения и создание в нем особой атмосферы, ведь вид неспешно горящих дров расслабляет и умиротворяет.
В настоящих каминах, портал которых не имеет остекленных дверок, топливо горит при сильном избытке воздуха, поэтому дым, выходящий из топливника, обладает гораздо менее высокой температурой, чем в любой другой печи, поэтому дымовую трубу подключают на прямую.
Режим горения дров в камине с остекленными дверцами гораздо ближе к тому, который происходит в отопительной печи, поэтому к нему можно подключить различные виды отопительных щитков.
Очаги
Очаг, он же кухонная печь, предназначен для приготовления еды, поэтому его обязательно оснащают варочной (нередко увеличенного размера) чугунной плитой и духовкой. В качестве дополнительного функционала в очаги вставляют водогрейные бачки, благодаря чему такая конструкция не только варит и жарит еду, но также греет воду для мытья посуды и других нужд.
В большинстве случаев очаги не используют для отопления, однако иногда к ним присоединяют отопительные щитки, благодаря чему они, пусть и не слишком эффективно, но обогревают помещение.
Хлебные
Хлебные печи, как следует из их названия, предназначены для выпечки хлеба, а все остальные функции для них вторичны. Наиболее известным примером хлебной КП является русская, ведь после окончания топки ее горнило превращается в раскаленную духовку, поэтому хлеб внутри нее можно печь несколько часов.
Однако в русских печах не меньше четверти полученной в результате сжигания дров энергии тратится на обогрев помещения, поэтому там, где отопительная функция не требуется, горнило утепляют базальтовой или каолиновой ватой, благодаря чему потери тепла сокращаются в разы.
Более подробно о хлебных печах и их разновидности, пицце-печах, вы сможете прочитать в этих статьях:
- Для хлеба.
- Для пиццы.
Котлы отопления
Главный недостаток отопительных КП в том, что они эффективно обогревают помещение лишь на относительно небольшом расстоянии, поэтому прогреть с их помощью комнату, удаленную на 5–10 метров и не находящуюся вне прямой видимости, почти невозможно.
Чтобы справиться с этой проблемой, используют котлы, которые отличаются от печей тем, что вся полученная тепловая энергия уходит на нагрев регистра водяного отопления, а прямое излучение тепла наружными стенками печи сведено к минимуму.
Все котлы этого типа можно разделить по расположению регистра, то есть:
- вокруг топки;
- в канале.
Если регистр расположен вокруг топки, то он нагревается сильней, ведь отсутствуют потери тепла в канале, однако это сильно снижает эффективность сжигания дров, ведь регистр охлаждает футеровку топливника, что приводит к снижению температуры в зоне пиролиза.
Такое расположение обеспечивает нагрев на 10–20% большего объема воды за единицу времени, чем при установке в канале, однако соотношение количества топлива и отданной дому системой отопления тепловой энергии оказывается на 10–30% меньше.
Если регистр установлен в канале, то пиролизные газы окисляются более интенсивно (особенно если есть достаточно свободного пространства и катализатор), поэтому даже при менее высокой температуре вокруг регистра обеспечивает более интенсивный нагрев воды или антифриза.
Минусом подобного расположения водонагревателя является его быстрое обрастание сажей и хлопьями золы, ведь из-за постоянного охлаждения водой, поверхность регистра невозможно нагреть до температуры сгорания углерода.
Для сжигания мусора
Сжигание мусора необходимо производить в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ от 16.09.2020 N 1479 «Об утверждении Правил противопожарного режима в Российской Федерации».
Сама же конструкция такой печи никак и никем не регламентирована, поэтому каждый строит так, как ему более удобно, главное, чтобы получилась емкость, объем которой не превышает 1 м3 (это требование пункта 1А того же приложения).
Многофункциональные
К многофункциональным можно отнести те КП, которые можно применять для выполнения более, чем одной операции, к примеру, отопительная печь с хлебной камерой, которую можно использовать как для обогрева дома, так и для различной выпечки.
Еще один пример многофункциональных печей – отопительная с регистром водяного отопления для обогрева удаленной комнаты. К этому же типу КП можно отнести барбекю-комплексы и русскую печь с мангалом или плитой.
Схема движения газов
Существует 5 основных схем движения газов в кирпичных печах:
- Прямоточная.
- С вертикальными каналами.
- С горизонтальными каналами.
- Колпаковая.
- Противоточная.
Прямоточная
Прямоточную схему движения газов применяют только там, где из них не требуется изымать тепловую энергию, то есть в:
- банных и русских печах, которые топят «по-черному»;
- очагах;
- котлах, регистр которых установлен вокруг топки.
Преимущество прямоточной схемы движения газов в том, что она минимально снижает тягу, поэтому печь может работать даже с невысокой дымовой трубой, главным же недостатком является крайне низкое соотношение количества топлива к объему полученной и использованной тепловой энергии.
Вертикальные каналы
Эту схему движения дымовых газов в Россию принесли иностранные специалисты в XVII веке, после чего Петр I, вернувшись из Великого посольства, привез мастеров, способных строить такие печи и обучить этой науке других.
Ведь в то время главным источником обогрева домов была русская печь, которую топили «по-черному», то есть дым из нее сначала заполнял помещение, после чего постепенно выходил на улицу через специальные отверстия.
Несмотря на серьезные плюсы такого подхода, высокий риск угара и пожара вынудил царя искать другие, менее опасные способы обогрева жилищ, однако именно русская черная печь помогла казакам покорить сибирские ханства и распространить влияние России на них.
Поскольку с Великим посольством Петр был в Голландии, являющейся провинцией королевства Нидерланды, то печь с вертикальными каналами получила название голландской.
На момент своего появления в России такая схема движения газов была вершиной печного мастерства, ведь по сравнению с русской черной печью она обладала многими преимуществами, о чем мы подробно рассказывали тут.
Горизонтальные каналы
К середине XIX века классическая голландская схема движения газов устарела, поэтому на смену ей пришла шведская схема с горизонтальными каналами.
В печах-шведках удалось устранить главный недостаток «Голландок» — высокое сопротивление движению дымовых газов при растопке холодной КП, при этом количество изымаемого тепла оказалось примерно одинаковым и зависело не от схемы, а размеров и формы каналов. Тем не менее, «Шведки» тоже оказались не идеальны и устарели уже к началу ХХ века.
Колпаковая
Основоположником идеи колпаковой печи можно считать М. В. Ломоносова и его диссертацию «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», в которой он сравнивал поведение воздуха с поведением жидкостей разной плотности.
Однако превратить общие рассуждения и идею в реально работающую конструкцию первым смог российский же инженер В. Е. Грум-Гржимайло, разработавший гидравлическую теорию печей.
Преимуществом колпаковой схемы являлось минимальное сопротивление движению потоку дымовых газов даже в холодной печи, а главными недостатками были:
- Наличие очагов скопления углекислого и угарного газа.
- Увеличенное давление газов в верхней части печи.
- Более высокие требования к качеству кладки, чем у канальных печей.
Первый недостаток легко устраним установкой рассечек и контрфорсов, увеличивающих площадь контактирующей с дымом поверхности, остальные же недостатки неустранимы до сих пор. Более подробно историю появления колпаковой схемы движения дымовых газов вы найдете тут.
Противоточная
К середине ХХ века стало ясно, что колпаковая схема движения дымовых газов не является идеальной и обладает существенными недостатками, поэтому в Финляндии разработали новую схему, которая получила название противоточной.
Разработчики финской схемы учли опыт создателей колпаковых печей и взяли на вооружение гидравлическую теорию движения газов, поэтому в финской КП частично просматриваются элементы колпака. Более подробную информацию об этой схеме движения газов и порядовку финской печи вы найдете тут.
Форма
Традиционной для кирпичных печей считают прямоугольную форму, это обусловлено формой основного элемента – кирпича. Если уложить пару кирпичей, один вдоль, другой поперек и максимально прижать их друг ко другу, то угол между ними составит 90 градусов, что и определяет форму КП.
Ведь такая укладка избавляет от необходимости подрезать кирпич, что без специального станка или хотя бы болгарки (углошлифовальной машинки, УШМ) сделать под требуемым углом, отличным от 90 градусов, не всегда получается.
Еще одной популярной формой является круглая, но ее используют только для отопительных или мусоросжигающих печей. Встречаются и другие формы, например, треугольник или трапеция, но они не получили широкого распространения.
Теплоемкость
Любая КП, в той или иной мере, является теплоемкой, ведь кирпичи, находящиеся рядом с открытым огнем или движущимся потоком раскаленных дымовых газов, нагреваются и запасают тепловую энергию, которую затем отдают в течение какого-то времени.
Этот параметр наиболее важен для печей следующих типов:
- отопительные;
- отопительно-варочные;
- котлы;
- очаги;
- хлебные.
Для мусоросжигающих теплоемкость не имеет значения, ведь им некуда тратить накопленную энергию, а требования по теплоемкости многофункциональных печей зависят от их назначения.
По этому параметру все КП можно разделить на 3 категории:
- Не теплоемкие.
- Средней теплоемкости.
- Большой теплоемкости.
К первой категории относят все печи, стенки которых сложены в четверть кирпича (на ложок), ведь сочетание большой площади наружной поверхности, через которую излучается накопленное тепло и минимальной толщины стенки приводит к их охлаждению уже через 30–180 минут после нагрева.
К печам средней теплоемкости можно отнести все конструкции, сложенные в половину кирпича, время их охлаждения даже в отопительном щитке составляет 20–40 часов. К печам большой теплоемкости можно отнести конструкции, сложенные в кирпич или больше, потому что они остывают до трех суток.
Способ вывода дыма
Существуют 3 способа вывода из дома:
- По-черному.
- По-серому.
- По-белому.
Вывод дыма по-черному известен с древнейших времен, поднимаясь от костра или очага, дым скапливался под потолком, затем, немного остывая, опускался до специального отверстия и выходил наружу, растворяясь в атмосфере. Из-за того, что дым курился над очагом, дома и избы, оснащенные печами, которые топили по-черному, получили название курных.
Преимуществами такого способа вывода дыма были:
- простота реализации;
- максимальная отдача тепла помещению;
- консервация деревянных стен, в которых после пропитки продуктами горения, уже не появлялись плесень или гниль.
Минусами топки по-черному были:
- постоянная копоть на потолке и примыкающей к нему части стен;
- присутствие в доме посторонних запахов;
- высокая токсичность воздуха внутри помещения во время топки или после недостаточного проветривания.
С начала XVII века или даже раньше часть печных мастеров начала эксперименты, целью которых было повышение безопасности курных изб без кардинальной переделки конструкции печи.
Поскольку большинству крестьян ставили глинобитные печи, то выполнить таким же образом дымоход, проходящий сквозь крышу, не получалось, поэтому использовали деревянный дымоход, который устанавливали над тем участком печи, откуда выходил дым.
Такой способ вывода дыма резко снизил опасность отравления угарным и углекислым газом, а также сделал потолки более светлыми, ведь большая часть дыма не доходила до него, а значит не могла оставить на потолке сажевый след. Этот способ вывода дыма назвали серым, то есть их топили по-серому.
Развитие печного искусства и появление доступного кирпича избавили от необходимости выпускать дым в помещение, вместо этого его по специальной трубе (дымоходу) выводили наружу и он сразу же улетал в атмосферу. Топку таких печей называли белой, говоря, что этот дом, где есть дымоход, топят по-белому.
Отделка
Все печи, за исключением мусоросжигающих, являются частью интерьера дома или участка, поэтому их внешний вид тоже является важным параметром, по которому КП можно разделить на:
- Не имеющие отделки.
- Оштукатуренные.
- Оклеенные плиткой.
- Обвешивали изразцами.
- Кожухованные.
КП без отделки сохраняют фактуру исходного кирпича, но при появлении трещин из-за перегрева ничто не мешает дыму выходить из печи наружу, а воздуху попадать внутрь. Если же для строительства печи использовали некачественный кирпич (как выбирать кирпич), имеющий большой разброс размеров, то красивого внешнего вида кладки не получить из-за различной толщины швов.
В таких случаях бюджетные печи оштукатуривают различными растворами, начиная от обычного кладочного (как выбирать раствор) и заканчивая экзотикой, например, смесью с добавлением конского навоза и резаной соломы. Чтобы сделать оштукатуренные конструкции более красивыми, их белили или красили, а также украшали различными рисунками.
Там, где требовался более строгий внешний вид, КП оклеивали плиткой или обвешивали изразцами. Такой способ украшения сильно увеличивает стоимость печи под ключ, поэтому к нему прибегают лишь те, кто может себе позволить соответствующие траты.
Кожухование же применяют там, где высок риск появления трещин, например, в конструкциях, сложенных на ложок (в четверть), а также там, где печь постоянно будут перетапливать.
Видео по теме
Предлагаем посмотреть интересный видео ролик о том, чем отличаются различные виды печей из кирпича и какая печь лучше:
Заключение
Кирпичные печи – это обобщающее название конструкций из кирпича, внутри которых для получения тепла горит огонь, поэтому каждый сможет подобрать под себя тот вид КП, который больше других соответствует его нуждам и целям.