Читайте в статье
Русская печь (РП) является, пожалуй, самым парадоксальным отопительным прибором, в котором сочетается крайне неэффективное подовое горение дров с потрясающей по своей эффективности колпаковой топкой, обеспечивающей максимальное сжигание пиролизных газов.
Отсутствие нижнего прогрева в ней сочетается с идеальным спальным местом на лежаке, а невысокая эффективность обогрева компенсируется способностью до двух суток хранить тепло. Поэтому современные модификации русской печи сохранили все ее преимущества, а также избавились от недостатков, одним из вариантов такой переделки является РП с дополнительной лежанкой.
В данной статье мы поговорим об устройстве русской печки с лежанкой, истории ее возникновения в деревенских домах, а также о том, как построить современную русскую печь с лежанкой из кирпича своими руками.
История
Проживающие вдалеке от экватора люди всегда нуждались в источнике тепла, ведь одежда из любых материалов не могла полностью компенсировать низкую температуру воздуха, особенно ночью, когда человек спит и не проявляет физической активности.
Поэтому с древнейших времен человек пытался приручить огонь, чтобы последний обогревал его жилище. Сначала домом для огня был обычный костер, нагревавший всех лучистым теплом и наполнявший пещеру или иное жилище своим дымом, выходившим через дверь или различные щели. Затем вокруг костра возвели каменный очаг, хоть немного запасавший тепло и обогревавший жилище даже после угасания пламени.
Но камни, которые бы не трескались и, тем более, не лопались на куски от жара, засыпая всех раскаленными осколками, встречались не везде, поэтому на смену каменному очагу пришел глинобитный.
Для создания печи из такой глины сначала ставили опалубку, затем заполняли ее чуть увлажненной смесью глины и песка, после чего били деревянными молотами, стараясь максимально уплотнить материал, от чего печи и получили название глинобитных. С помощью этой технологии удавалось возводить лишь самые простые конструкции, которые по своей эффективности недалеко ушли от каменного очага.
Из-за низкой теплоотдачи нормально обогреть избу РП не могла, поэтому единственным пригодным для сна местом был ее лежак. Но расположение последнего на высоте 1–2 метра от пола сильно затрудняли туда доступ пожилым и увечным людям, поэтому рядом с печью нередко ставили лесенки, по которым забирались на нее.
Существенным минусом старинной глинобитной РП являлось отсутствие дымохода, вместо этого применяли топку «по-черному» дым заполнял избу, пропитывал стены, наполняя их консервантом на основе дегтя и других смол, после чего выходил через специальные оконца (душники) или через различные щели.
Со временем жилища, где стояли печи с топкой по-черному, стали называть курными. К концу XVII века появилось много конструкций с дымоходом, например, легендарная «Голландка», но у крестьян не было ни ресурсов, ни мастеров для их возведения. Поэтому курные РП строили до конца XIX века, ведь их можно было поставить даже самому, имея минимальные познания в печном деле.
Печи «по-серому» и «по-белому»
Тем не менее, постоянно находились мастера, готовые экспериментировать, искать новые решения и именно они произвели первое серьезное улучшение РП – добавили к ней дымоход.
Первые дымоходы делали из разных материалов, в том числе древесины, обмазывая ее изнутри глиной, но такой дымоход нельзя было подключать напрямую к печи, ведь температура выходящих из нее газов превышала 400 градусов, поэтому дымник (так называли эту деталь) пропускали через крышу. Теперь во время топки дым поднимался к потолку, образуя там слой определенной толщины, после чего опускался до уровня дымника и уходил на улицу, так появились дома с печами «по-серому».
Но топка печи «по-серому» все равно оставалась крайне опасной, ведь углекислый газ гораздо тяжелей воздуха и по мере остывания он спускался к полу, образуя там токсичную зону. Полноценное проветривание убирало его из избы, но в лютые морозы далеко не все крестьяне выполняли эту процедуру, что нередко приводило к гибели целых семей.
Требовался новый способ отвода дыма, но без доступного кирпича сделать это было невозможно. В состоятельных домах уже к концу XVII века русские печи делали не глинобитными, а кирпичными, что позволяло оснастить их полноценными дымоходами.
Такие РП получили название печей «по-белому», ведь дым из них не поступал в избу, а сразу же уходил в атмосферу, а значит даже сразу же после протопки в доме было безопасно, ведь отсутствовали очаги скопления углекислого газа. Но сразу же возникала другая проблема – такой дымоход создавал достаточную тягу, благодаря чему воздух из комнаты поступал в печь и охлаждал ее, снижая время отдачи тепла.
Чтобы предотвратить такое развитие событий, дымоход требовалось перекрыть, а сделать это можно было только с помощью чугунной задвижки. Но уровень развития черной металлургии позволил производить дешевые задвижки, доступные даже для обычных крестьян, лишь к концу XIX века.
Поэтому полноценные русские печи «по-белому» появились лишь в ХХ веке, причем им пришлось конкурировать с заметно более технологичными и эффективными аналогами.
Отличительные черты
Вот основные отличительные черты, присущие только классической РП, той самой, которая известна по старым картинам, фильмам и мультфильмам:
- Подовое горение дров.
- Колпаковая топка (сожигательная камера, горнило).
- Лежак над топкой.
- Отсутствие развитой системы каналов.
Подробное описание каждой из отличительных черт, а также их преимущества и недостатки, вы найдете тут (Русская печь).
Принцип работы РП
Классическая русская печка представляет собой огромную подовую топку, окруженную кирпичной или глинобитной скорлупой, накапливающей в себе тепло. Перед топкой расположен теплонакопительный щиток, в котором есть один прямой канал дымохода.
Никаких дверок в РП не предусмотрено, ведь воздух проходит через отверстие щитка, которое также называют отверстием шестка, то есть площадки перед топкой, затем сквозь устье (полукруглое отверстие) попадает в топку. Огонь от горящих дров поднимается к своду, то есть округлой крышке топки, и образует там мешок горячих газов, благодаря чему происходит максимально полное, пусть и не с очень высокой температурой, сгорание топлива.
По мере остывания, дымовые газы опускаются по горнилу, ведь окружающий их дым гораздо сильней нагрет, а значит обладает меньшей плотностью и стремится вверх. Достигнув устья, менее горячий дым оказывается в окружении холодного комнатного воздуха и устремляется вверх через канал щитка.
Для нагрева тепла печи используется только лучистое тепло огня, поэтому коэффициент полезного действия (КПД) РП не превышает 30% от потенциальной теплотворной способности дров. Если же добавить к этому низкую эффективность топки, то реальный КПД редко превышает 20%.
Поэтому в качестве отопительного прибора РП сильно уступает печам подавляющего большинства других конструкций, но при этом обладает двумя достоинствами, которые нередко перевешивают все минусы:
- Лежак (перекрыша), являющийся верней частью крыши топки, нагревается до температуры 50–90 градусов, благодаря чему создает особый микроклимат и сон на нем благотворно влияет на организм человека.
- Несмотря на архаичную и неэффективную конструкцию, РП является лидером по потенциалу модернизации. Ведь именно подовая топка с округлым сводом создает наиболее благоприятные условия для сгорания дров, а расположенный над ней мешок горячих газов обеспечивает эффективное окисление и дожиг углерода, а значит повышает температуру пламени.
Можно ли подключить к РП дополнительный лежак?
Поскольку нормальных каналов в русской печи нет, а единственный канал, расположенный в щитке, не столько изымает тепло из дыма, сколько направляет его в дымовую трубу, то подключить лежак к классической РП невозможно. Но, как мы уже говорили, этот отопительный прибор обладает огромным потенциалом модернизации.
Однако для этого придется решить три важных задачи:
- Повысить эффективность топки.
- Проложить систему каналов, обеспечивающую как подачу дыма к дополнительной лежанке, так и возможность пустить дым в ее обход, если греть второй лежак, по каким-то причинам, не собираются.
- Обеспечить равномерный отбор тепла на уровне, немного уступающем производительности топки, чтобы температура на выходе печи составляла 120–150 градусов.
Повышение эффективности топки
Выход дымовых газов на середине высоты топки (примерно там находится верхний край устья) приводит к тому, что газы внизу прогреваются плохо, поэтому почти все время топки температура в зоне горения дров гораздо ниже, чем в колосниковых печах.
Победить это можно двумя способами:
- Установить колосники, но из-за больших размеров топки такое решение не даст ожидаемого эффекта, ведь поступающий снизу воздух будет охлаждать зону горения, а находящийся вверху горячий дым уходить через устье.
- Выводить дым через отверстия в поду – это обеспечит более эффективное перемешивание газов, ведь относительно остывший дым будет проходить через зону горения, повышая в ней температуру. Но для нормальной работы такой печи потребуется более высокая дымовая труба (хотя бы 2–3 от уровня пода), тогда как классическая РП работала даже без дымохода, а продукты горения выходили через специальные окошки-душники.
Внутренние стенки модернизированной топки раскаляются до температуры 500–700 градусов, благодаря чему процесс пиролиза древесины идет со средней интенсивностью, а большой объем обеспечивает максимальное перемешивание пиролизного газа с воздухом, чего невозможно добиться в обычных печах.
Кроме того, топка такого объема обеспечивает эффективный дожиг дымовых газов, поэтому в процессе горения не только выделяется больше тепловой энергии, но и остается меньше свободного углерода.
Похожий эффект появляется в печах с хлебной камерой и подачей вторичного воздуха, но там все достигается серьезным усложнением конструкции, ведь вторичный воздух сначала нужно подогреть и лишь затем подать в зону горения. В топке РП с дополнительной лежанкой, где дым выходит не через устье, а сквозь отверстия пода, подогрев воздуха происходит иначе.
Пройдя через отверстие в заслонке, он сразу же смешивается с горячими газами, наполняющими топку, и нагревается. Вихревые потоки поднимают часть воздуха до середины высоты топки или под самый верх, благодаря чему кислород вступает в реакцию с углеродом пиролизных газов, что выделяет дополнительное тепло и сильней нагревает топку.
Находящийся же внизу остаток кислорода тоже нагревается и, поступив к зоне горения, не охлаждает дрова, как это происходит в колосниковых топках, что повышает интенсивность процесса пиролиза.
Оставшаяся часть незадействованного в процессе горения воздуха нагревается до температуры 300–500 градусов и оказывается холодней основной массы газов, поэтому движется по поду топки и сразу же уходит в его отверстия, смешиваясь в первом канале с наиболее остывшими дымовыми газами. Но температуры этой смеси достаточно для дожига хотя бы части свободного углерода, что выделяет дополнительную тепловую энергию и сокращает образование сажи в остальных каналах.
Прокладка системы каналов
Отсутствие системы каналов движения дыма лишает русскую печь большей часть коэффициента полезного действия, однако чтобы проложить каналы, придется полностью переделывать конструкцию РП. Если прокладывать их в теле топки, то придется увеличивать толщину стенок, а значит для их прогрева потребуется больше времени, а саму топку придется футеровать шамотным кирпичом, который хорошо выдерживает жар, но при частых перепадах температур рассыпается.
Если же прокладывать каналы вне тела печи, то придется вместо деревянного подпечка делать кирпичное, пригодное для прокладки каналов, и уже через него подводить горячий дым к дополнительному лежаку и отводить от него.
Прокладка каналов в кирпичном подпечье не только доставляет горячий дым к лежанке, но и нагревает стенки этой конструкции, благодаря чему повышается общая теплоотдача печи. Но тут необходимо соблюсти баланс, ведь если площадь внутренних поверхностей каналов окажется слишком большой, то они впитают из дыма больше тепла, чем необходимо, а значит вы не сможете прогреть дымовую трубу и она быстро обрастет сажей и разрушится от воздействия конденсата.
Кроме того, создать один прямой канал невозможно, придется делать повороты, подъемы и спуски, все это повышает требования к тяге, создаваемой дымовой трубой. Если же делать каналы достаточно большими, чтобы прогреть наружные стенки подпечка, то придется делать гигантскую дымовую трубу.
Для решения этой проблемы применяют:
- Задвижку прямого хода – открыв ее, вы пустите холодный дым напрямую в дымовую трубу, благодаря чему его температуры хватит для подъема по ней и дымовые газы не пойдут в комнату. По мере прогрева дымохода и образования устойчивой тяги закрывайте заслонку, пуская все больше дыма в сторону лежанки.
- Делайте каналы колпаковыми, они оказывают минимальное сопротивление движению дымовых газов и хорошо удерживают тепло.
Одним из условий для хорошей работы каналов является ограничение их минимального сечения, которое для РП составляет приблизительно 300–350 см2 (площадь одного кирпича, уложенного на постель, плашмя). При этом учитывайте, что чем больше сечение канала, тем медленней дым идет по нему и тем больше тепла отдает.
Преимущества и недостатки
О преимуществах и недостатках классической русской печи вы можете прочитать в соответствующей статье, а вот эффективность конструкции с дополнительной лежанкой зависит от того, насколько правильно она спроектирована и построена. Поэтому с другими печами мы будем сравнивать РП, оснащенную колпаковыми каналами, нагревающими стены подпечка и превращающие его в продолжение печи, тем самым заметно поднимая ее КПД.
Главным преимуществом такой конструкции является довольно высокий КПД (50–70%), благодаря чему она более эффективна, чем подавляющее большинство других подовых печей. Кроме того, каналы колпакового типа обеспечивают равномерный прогрев наружной поверхности, поэтому такая РП может обогреть даже большой дом, ведь благодаря своим размерам она обладает огромной площадью теплоизлучающей поверхности.
При этом обычную отопительную печь почти невозможно использовать в режиме сниженной тепловой мощности, разве что предусмотрено отключение одного или нескольких отопительных щитков. Ведь без прекращения движения дыма через эти щитки уменьшенная загрузка дров приведет лишь к массовому образованию конденсата, который быстро разрушит всю конструкцию.
В РП с дополнительной лежанкой предусмотрены 3 режима работы:
- Только топка, то есть режим классической русской печи, которая нагревает лежак и пространство на уровне примерно 1,5 метра от пола. Этот режим будет востребован, если нужно не прогревать весь дом, а лишь создать комфортные условия для сна.
- Топка и средняя часть – в таком режиме блокируют движение дыма по дополнительной лежанке, но от верха щитка и до верха дополнительной лежанки массив печи прогревается штатно, а значит может отапливать дом до минимально допустимой температуры.
- Полный прогрев – в этом режиме нагревается вся печь, включая лежанку. В таком режиме спать на верхней лежанке некомфортно из-за слишком высокой температуры, зато в доме тепло и при желании можно прогреться на дополнительном лежаке.
Есть у РП с дополнительной лежанкой и минусы. По сравнению с большинством современных печей такая конструкция оказывается излишне сложной и очень громоздкой – не везде можно поставить РП размером 2х2,5 метра.
Кроме того, подовая топка, даже столь совершенная, обладает меньшим КПД, чем колосниковая, особенно если последнюю оснастить камерой дожига и подачей вторичного воздуха, поэтому расход дров, необходимый для выработки определенного количества тепла, всегда будет немного больше. Еще один существенный минус – огромный вес, из-за которого сильно возрастают требования к фундаменту, особенно на слабых грунтах.
Как сложить такое устройство своими руками?
Несмотря на то, что традиционная РП считается наиболее простой из всех отопительных печей, объединение ее с дополнительным лежаком сильно усложняет конструкцию, хотя сама кладка кирпича ничем не отличается от этой же операции при возведении любой другой печи.
Поэтому рекомендуем вам внимательно прочитать эту статью, там вы найдете описание основных действий, которые производят во время кладки печи. Кроме того, есть несколько проблем, которые возникнут во время проектирования и кладки РП с дополнительной лежанкой.
Вот эти проблемы:
- Трудно найти готовую порядовку, соответствующую условиям конкретного дома.
- В отличие от традиционной русской печи, на постройку которой уходит меньше тысячи кирпичей, если не делать ее совсем уж огромной, для конструкции с дополнительным лежаком потребуется 1,5–2 тысячи кирпичей. Поэтому такая конструкция, с учетом кладочного раствора, весит почти 10 тонн, то есть без отдельного фундамента не обойтись.
- Ширина топки РП гораздо больше, чем у подавляющего большинства других печей, поэтому перекрыть ее привычными способами невозможно, а значит придется делать арочный свод, что потребует точного расчета формы кирпичей и множества подрезок.
- Толщина стенок топки в среднем составляет один кирпич (25–27 см), поэтому нормальный прогрев возможен лишь при сжигании большого количества дров. Если же присоединить к этой конструкции еще и дополнительную лежанку, то придется заранее рассчитать движение газов и возможность работы в нескольких тепловых режимах, от прогрева только топки до полного нагрева конструкции. Ведь не всегда требуется прогревать весь массив, нередко хватает нагрева только основного лежака и верхней части конструкции, то есть печь работает в традиционном для РП режиме.
- Большой размер топки и обильное поступление воздуха подразумевает выделение увеличенного объема дымовых газов, а значит сечение дымовых каналов должно быть больше, чем в отопительных приборах других типов.
- Регулировка режима горения и ограничение подачи воздуха для увеличения температуры выходящего дыма возможны только с помощью специальной заслонки, которую можно сделать самостоятельно или приобрести в магазине. Главное, чтобы она подходила устью по размеру и плотно прилегала к нему.
Поиск порядовки
Раньше печные мастера складывали печь безо всяких чертежей и порядовок, укладывая кирпичи по привычной схеме, меняя лишь ширину или высоту топки. Но появление новых требований и технических решений делает такой подход невозможным для кладки РП с дополнительной боковой лежанкой, ведь вместо одного прямого дымового канала, присущего русской печке, в этой конструкции каналов гораздо больше и они имеют сложную форму.
Теоретически, можно составить порядовку самому, но для этого вам потребуется глубокое понимание процессов, происходящих в топке и каналах, ведь если что-то не учесть, то вся система будет работать неправильно.
Проще всего взять порядовку, соответствующую вашим пожеланиям по своей конфигурации, то есть сочетающую в себе топку классической русской печи с дополнительной лежанкой, после чего адаптировать ее к вашим условиям, изменив какой-то из геометрических параметров.
При этом обязательно сохраняйте минимально допустимое сечение каналов в один кирпич, если же канал должен прогреть стенку высотой больше одного кирпича (4 ряда, уложенных на постель), то делайте колпак. Чтобы не снижать прочность стены, оснащайте такой колпак рассечками.
Обязательно предусматривайте места для прочистки каналов – в топке и первом канале сажа, образующаяся во время сжигания топлива, сгорает уже к середине протопки, а вот в остальных каналах температура дыма недостаточна для поджига осевшего углерода. Если РП сложена правильно, то хватает одной чистки в отопительный сезон, но любая ошибка в порядовке или кладке ускоряет образование сажи, а значит чистить каналы нужно будет заметно чаще.
В составлении или поиске порядовки вам помогут тематические форумы, на которых вы не только найдете фото печей в доме с современным интерьером, но и прочтете обсуждения строительства печек различных конструкций, ведь чтобы сделать РП с дополнительной лежанкой определенного размера, камином и плитой, вам придется использовать готовые решения и чертежи из других проектов.
На этих форумах также можно найти информацию, сколько весит готовая конструкция, сколько надо кирпича для ее кладки и сколько будет стоить печь с учетом цены материалов.
Вот наиболее интересные из таких форумов:
- www.forumhouse.ru.
- forum.stovemaster.ru.
- www.russiam.ru.
- krainamaystriv.com.
- forums.drom.rul.
- stroiteli.info.
- www.stroimdom.com.ua.
Кроме того, вам будет полезна вот эта статья.
Порядовка русской печи с лежанкой от автора статьи
Предлагаем посмотреть порядовку русской печи с лежанкой, созданную автором этой статьи на основе личного опыта.
Выбор типа фундамента
Учитывая, что вес РП с лежанкой и дымовой трубой нередко выходит за 10 тонн, а длина и ширина превышают 2 м, то ставить ее на деревянный пол нежелательно, разве что его лаги изготовлены из толстого бруса или бревна, а под ними залит бетонный фундамент.
В этом случае можно обойтись подпорками из бруса или бревна и подпечком из того же материала, но это увеличивает высоту конструкции, что не всегда приемлемо. Если же использовать подпечек и подпорки, а также когда лежак печи оказывается на неподходящей высоте (1,6–1,8 м от пола), заливайте отдельный фундамент.
Лучшие результаты дает ленточное основание, но на слабых и песчаных грунтах усиливайте его сваями или лентой. Если дом стоит на плите, то учитывайте ее толщину и несущую способность – слишком тяжелая печь может проломить тонкую плиту, после чего дому потребуется капитальный ремонт.
Для срубов из бревна или бруса, стоящих на сваях, лучшим вариантом будет свайный фундамент с подпечком из бруса или бревна, расположенным ниже уровня чистового пола, в этом случае вы поставите печь на надежном основании и сможете расположить лежанку на соответствующей высоте.
Перекрытие топки и отверстий
Для перекрытия окна шестка часть печников использует металлический уголок и такое решение, хоть не является оптимальным, но имеет право на существование, ведь наружная поверхность щитка в этом месте нагревается незначительно, а значит металл не разорвет кладку.
Перекрывать устье таким образом недопустимо, потому что оно является наружной частью топки, а значит нагревается до такой степени, что температурное расширение металла начинает разрушать кладку и в ней появляются щели и трещины. Кроме того, стенка устья является частью корпуса РП и образует коробку, на которую опираются свод и щиток, поэтому желательно сделать окно так, чтобы не снизить прочность стенки.
Поэтому применяют 2 способа формирования этого окна:
- Обрезка кирпича под форму отверстия.
- Кладка арки.
Первый способ проще, но менее прочен, второй гораздо сложней, но окно по несущей способности не уступает целой стене, а учитывая, что вес трубы над щитком нередко превышает тонну, именно второй способ более предпочтителен. Но для создания арки необходимо использовать либо специальный клиновый кирпич, либо укладывать обычный с увеличивающимся от центра к краю зазором.
Работать с готовым клиновым кирпичом проще, швы получаются одинаковыми, а значит более прочными и красивыми, но размер арки напрямую зависит от углов кирпича. Наиболее опытные печники сами обрезают обычный кирпич под нужную форму, благодаря чему способны сложить арку любых размеров.
Свод горнила делают только в форме арки, потому что никаких других способов перекрыть почти метр свободного пространства не существует. Сделать такую арку непросто, ведь необходимо не только правильно рассчитать форму кирпича, но и изготовить кружало, по которому будете укладывать его.
Перекрытие горнила аркой непригодно для укладки на него перекрыши, то есть сплошного ряда кирпичей, ведь арка полукруглая, а для укладки кирпича требуется ровная поверхность.
Выровнять поверхность над аркой можно двумя способами:
- подрезая кирпич (так поступают с аркой щитка);
- заполняя пустоту смесью битого кирпича и песка.
Второй способ гораздо менее трудоемкий, но для максимального уплотнения и равномерного распределения нагрузки по всему своду слегка увлажняйте кирпич, а после уплотнения и разравнивания выждите 1–2 дня, после чего укладывайте перекрышу.
Изготовление или покупка заслонки
Чтобы правильно выбрать или сделать заслонку, вы должны понимать, в каких условиях она работает и что воздействует на нее. Температура в зоне активного горения дров составляет 800–1000 градусов, однако за щекой, где и расположена заслонка, этот параметр не превышает 400 градусов.
Тем не менее, сильный перепад температур (300–400 со стороны горнила и 80–90 со стороны щитка) приводит к сильной температурной деформации заслонки, поэтому изделия из металла толщиной менее трех мм изгибаются и уже не могут плотно прилегать к стенке устья. Увеличение толщины металла приводит к утяжелению изделия, поэтому пользоваться им не всегда удобно.
Но после окончания топки эти щели заметно снижают время хранения тепла русской печью, поэтому приходится искать баланс между стойкостью к температурной деформации, то есть толщиной металла и массой всего изделия.
Еще одним важным фактором является форма заслонки, то есть наличие опоры с наружной стороны, благодаря которой она бы сама стояла строго параллельно щеке и плотно закрывала устье. Поскольку найти в продаже готовую заслонку, да еще и соответствующую конкретной печи, не всегда получается, проще изготовить ее самостоятельно с учетом своих физических возможностей. Можно заказать ее изготовление кузнецу или литейщику.
Интересные видео
В видео ролике рассказывается о том, как возвели новую современную русскую печь с подтопком на месте старой:
Еще одно видео о том, как сложить русскую печь с лежанкой из кирпича:
Заключение
Русская печь с лежанкой по своим эксплуатационным характеристикам сильно превосходит традиционную РП, известную по фильмам, мультфильмам и различным историческим материалам, то есть является ее дальнейшим развитием. Такая печка будет украшением любого сельского дома, от бревенчатой избы или сруба из бруса до кирпичного и монолитного строения, а главными ее недостатками являются большие размеры и сложность адаптации к конкретному строению.