Банные печи

Если в доме центральное место занимает отопительная печь, то для бани несомненным центром является банная печь. Какими бывают банные печи? Какие требования предъявляются к банным печам? Сколько и каких камней использовать для каменной засыпки? Что такое КПД печи и как его повысить? И еще много других вопросов мы обсудили в статье о банных печах.

Содержание статьи

1  Требования

2  Классификация печей

3  Каменная засыпка

4  Принцип отопления (по — белому, по — черному,

температура засыпки и т.д.)

5  Вид топлива

6  Принцип горения топлива и действия печи

7  КПД банной печи

8  Конструктивные особенности бани

9  Дымовые трубы

10 Конструкции банных печей

 

Требования

В любой бане главной является печь-каменка, позволяющая отапливать помещения, нагревать воду для мытья и получать пар.

Печи для бань, отапливают все три помещения бани (парилку, мойку, комнату отдыха), обеспечивают горячей водой, вентилируют помещение, приготавливают пар различного качества, в том числе сухой. Возможно также строительство печей для бань, которые обеспечивают регулирование температурно-влажностного режима в помещении. Печь-каменка должна удовлетворять следующим требованиям:

  • создавать требуемый температурно-влажностный режим в комнате отдыха, мойке и парилке;
  • быть экономной;
  • приготавливать 140-200 литров горячей воды, иметь регулирование нагрева воды (от кипения);
  • приготавливать пар надлежащего качества на 6-8 человек;
  • быть теплоёмкой, чтобы полностью высушивать баню после использования, от этого зависит долговечность бани, чистота воздуха;
  • возможность помыться без посещения парилки через 1-2 дня после протапливания;
  • не должна содержать большого холодного ядра (баков с водой), так как это снижает температуру в зоне горения и приводит к неполному сгоранию газообразной составляющей древесины;
  • содержать внутри как можно меньше металла. Из-за большой разницы величины коэффициента линейного расширения металла и кирпича происходит разрушение кладки;
  • при необходимости, создание комфортных условий при длительном отдыхе или проживании в комнате отдыха, приготовления шашлыков и т.п. Наличие камина обеспечивает новый повышенный уровень комфорта при пользовании баней.

Эти требования можно удовлетворить при условии соответствия конструкции и мощности печи конструкции и размерам бани и характеру пользования ею. Разумеется, при любой конструкции печь должна быть безопасной, исключать возможность возникновения пожара, отравления  угарным  газом,  случайного  ожога, ошпаривания тела и т. п. Имеет значение также то, каким образом печь отдает свое тепло. При чрезмерном излучении тепла в виде инфракрасных лучей это может привести к перегреву отдельных частей тела, иссушить кожу. Комфортные условия в бане создаются при передаче тепла от печи в основном путем конвекции нагретого воздуха. Для этого температура стенок печи должна быть как можно ниже, а способность стен бани отражать тепло — как можно больше, чтобы тепловое излучение было направлено на человека со всех сторон.

Запас тепла печь накапливает своими стенками и каменной засыпкой. Чем толще стенки печи, тем медленнее она нагревается и дольше сохраняет тепло.

Печи для бань являются печами повышенного прогрева и по своей сути имеют КПД значительно ниже отопительных печей. Их требуется топить длительное время с повышенным расходом дров для того, чтобы прогреть камни до высокой температуры, а так же чтобы успели прогреться конструкции бани до высокой температуры (баня должна созреть). Обычно начальная температура в помещении бани такая же, как на улице или ниже. По мере нагревания печи выравнивается температура её стенок и температура газовой среды внутри неё. То есть снижается теплопередача от газа к стенкам и, как следствие, повышается температура выходящих газов, что равнозначно снижению КПД печей.

Классификация печей

В зависимости от способа размещения, бывают печи с открытой и закрытой каменкой. Выбор типа каменки зависит от того, как пользуются баней.

Открытая каменка предпочтительнее, если парятся в один день несколько человек, так как она быстро нагревает парильню, но, под действием воды, быстро и остывает. При открытой каменке, камни укладывают кучей над топливником. Температуру камней в такой каменке держат порядка 200°-250°С.

В печах с закрытой каменкой, для передачи тепла каменки, на уровне или чуть выше верхнего ряда камней сделана паровая дверца. При сжигании топлива, дверца закрыта, и дым не проникает в помещение. Перед заходом в баню дверцу открывают и прогревают парную до температуры 45-60°. Для нагрева печи с закрытой каменкой требуется больше времени и топлива. Эту печь начинают топить за 2-4 ч. до посещения бани.

За счёт аккумуляции тепла кладкой и камнями, печь с закрытой каменкой создаёт высокую температуру в парной не только во время парения, но и в последующие один-два дня. В настоящей русской бане обычно устанавливают печь с закрытой каменкой.

Печи с закрытой каменкой могут быть постоянного или периодического действия. В печах постоянного действия горячие газы не проходят через камни, а нагревают бак или духовку, в которой находятся камни. Эти печи имеют минимальные толщину стенок и объем камней. Температура камней в них поддерживается в пределах 300-350 °С путем применения устройств автоматического контроля и регулирования. Такие печи, как правило, нагреваются электричеством или отапливаются жидким и газообразным топливом. При использовании электричества температура нагрева регулируется изменением силы тока в нагревательных элементах, при отоплении жидким и газообразным топливом — изменением количества поступающего в топку топлива. Такие печи обязательно должны быть оборудованы защитной автоматикой, отключающей питание печи при превышении температуры стенок выше допустимой нормы, а также при погасании пламени в топке.

В печах периодического действия горячие газы проходят через каменную засыпку, при этом, она нагревается до 1100°С в нижней зоне и до 600°С — в верхней. При такой температуре сажа, оседающая на камнях, выгорает. Это свойство теплоёмких печей-каменок — пропускать продукты сгорания через каменную засыпку — позволяет значительно упростить их конструкцию. Но париться с такой печью можно только после полного прогрева камней до рабочей температуры и завершения процесса топки. Печи периодического действия имеют массивную кирпичную кладку и значительный объем камней. Массивная кладка защищает наружную стенку от перегрева и сохраняет тепло, обеспечивая необходимую продолжительность действия бани.

Каменная засыпка

Кмни для банной печиКамни используют вулканического происхождения (базальт, андезит, перидотит). Больше подходят камни округлой формы темного или серого цвета. Диаметр камней — 50—130 мм. В нижней части контейнера на 1/3 его объема укладывают более крупные камни диаметром 100—130 мм, выше помещают камни средней крупности диаметром 70—90 мм и сверху — диаметром 50—60 мм. При укладке камней следует стремиться к тому, чтобы они как можно меньше закрывали отверстия решетки, разделяющей камеру сгорания и контейнер для нагревательных камней. Камни полностью заменяют через каждые 2—3 года. Их собирают возле ручьев, на берегах озер, рек или заливов. Нельзя применять кварц, известняк, изоляторы с высоковольтных линий.

Пригодность камня проверяют, раскаливая его докрасна и окуная в воду. Если камень при этом не треснул, он пригоден для использования в печи, нагревающей парилку. Для «жара» добавляют чугун, около 20-30%. Располагать чугунные болванки или чурки следует вертикально, чтобы они проводили тепло снизу вверх. Духовку для камней делают из жаропрочной стали с областью применения до 900-1000 градусов.

Масса камней для каменки в русской бане зависит от объёма парной и составляет 35-45 кг. камней на 1 м3 помещения.

Принцип отопления

Благодаря интенсивной топке каменная засыпка в нижней части может быть нагрета до 1000-1100 °С, а в верхней части — до 500-600 °С (до малинового свечения). При таких температурах сажа полностью выжигается и камни остаются чистыми, поэтому продукты сгорания топлива могут быть пропущены через камни в целях более полного использования тепла. Пар в русских банях получают, обливая раскалённые камни водой, и образующийся горячий влажный пар действует гораздо быстрее и чувствительнее сухого (в сауне).

Максимальная экономичность печи достигается при топке ее «по-черному», когда дымовые газы выпускаются через помещения бани. Однако такой способ отопления более пожароопасен. Кроме того, не очень приятны покрытые копотью стены и потолок. По этой причине бани «по-черному» в последнее время почти не строят.

В печах, отапливаемых «по-белому», камни закрывают плотной металлической крышкой или дверкой, которые открывают лишь после полного сгорания топлива. Если камни отделены от дымовых газов плитой, то такая печь может быть использована как в режиме постоянного действия (путем подтапливания во время банных процедур), так и в режиме периодического действия (путем основательной топки лишь один раз перед банными процедурами).

Вид топлива

Газ является наиболее опасным топливом в отношении пожара, взрыва и угорания. При егоТопливо для банных печей применении возможны отрыв пламени за счет изменения тяги (разрежения) в дымоходе, накопление в топке взрывчатой смеси газа с воздухом при потухшем пламени, поступление в помещение продуктов сгорания с повышенным содержанием угарного газа. Поэтому к печам, работающим на газе, предъявляются повышенные требования.

Также возможно использование жидкого топлива (нефтепродукты с высокой температурой вспышки): печное дистиллированное топливо (ПДТ), керосин, дизельное топливо, мазут, каменноугольную смолу. Температура вспышки характеризует состояние топлива, когда начинается обильное выделение паров, которые могут вспыхнуть при поднесении пламени. Чем выше температура вспышки, тем труднее топливо воспламенить, следовательно, тем оно безопаснее в отношении возникновения пожара при транспортировании, хранении и использовании.

Лучшим топливом для печи-каменки являются дрова. Не рекомендуется пользоваться углем, так как при этом виде топлива трудно регулируется процесс топки, создаются очень высокие температуры, разрушающие внутреннюю кладку печи, ухудшаются санитарные условия.

Принцип горения топлива и действия печи

В топливнике, для лучшего горения топлива, необходима колосниковая решётка. При использовании дров, её укладывают на одном уровне с топочной дверцей.

Зольник расположен под колосниковой решёткой и предназначен для сбора золы, образующейся при сжигании твёрдого топлива, и регулирования подачи воздуха в топочное пространство.

При отсутствии зольника, воздух попадает в топливник через дверцу и не проходит сквозь толщу топлива, которое, в этом случае, сгорает не полностью. Подачу воздуха в зольник регулируют поддувальной дверцей. При поступлении в топливник избытка воздуха, температура в зоне горения снижается, процесс сгорания топлива ухудшается. При недостаточном притоке воздуха, из-за образования продуктов неполного сгорания, горение протекает неравномерно.

В горловине дымохода или в дымовой трубе банных печей, для регулирования тяги, также устанавливают задвижку. Когда топливо полностью прогорело, задвижку закрывают. Если в топливнике к моменту закрывания дымовой трубы остались несгоревшие головешки или уголь, при недостатке воздуха образуется угарный газ, который может стать причиной отравления.

Если догорание головешек затягивается, проникающий через закрытую колосниковую решётку холодный воздух уносит с собой большое количество тепла.

Принцип горения топлива в банной печиЭкономное использование топлива возможно при полном его сгорании. Оптимальные условия создаются при сжигании твердого топлива на колосниковых решетках. При этом воздух поступает к топливу снизу по всей площади топливника через решетку из поддувала. Этот воздух, называемый первичным, расходуется в основном для окисления горючих компонентов топлива с образованием углекислого газа СО2 (двуокиси углерода) и паров воды Н2О. При повышении температуры из топлива, особенно из дров, выделяются горючие газы, которые догорают в газовом пространстве над топливом. Соприкасаясь с коксовыми остатками топлива при высокой температуре, углекислый газ восстанавливается, образуя также горючий газ — оксид углерода СО (угарный газ). Чтобы горючие газы догорали в топливнике, в него через отверстия в топочной дверке пропускают дополнительное количество воздуха, называемое вторичным.

Без подачи вторичного воздуха имеет место химический недожог топлива, сопровождающийся отложением сажи  на камнях (если дымовые газы пропускаются через камни) и в дымоходах. Это приводит к снижению полезной теплоотдачи и к возможности возникновения пожара из-за возгорания слоя сажи в трубах.

В начале топки, когда топливо только разогревается, и в конце топки, когда интенсивность горения остатков топлива снижается, в топливник поступает избыточное количество воздуха. Это приводит к увеличению потерь тепла с уходящими газами. На стадии догорания эти потери составляют 20-30 %. Снизить их можно путем прикрытых отверстий  для воздуха и задвижки на дымоходе.

КПД банной печи

Другими факторами повышения коэффициента полезного действия печи являются увеличение объема разогреваемых частей, включая камни, увеличение площади поверхностей, контактирующих с уходящими газами, уменьшение толщины и теплопроводности стенки печи (например, путем использования металла), приводящее к более интенсивной теплоотдаче от печи к окружающему воздуху. Важное значение имеет соответствие топочного объема расходу топлива. Чем больше этот объем, тем больше должен быть и расход топлива чтобы процесс горения был интенсивным и доля потерь с уходящими газами была минимальной.

По сути, нельзя получить высокий КПД у банных печей, а также быстро нагреть камни до требуемых параметров. Это объясняется тем, что при выравнивании температуры нагрева стенок печи и газа, уменьшается восприятие тепла стенками печи и камнями, в связи с чем, происходит повышение температуры выходящих газов. Конструктивно печи выполняются с толстыми стенками и поэтому сильно не прогреваются. Такими печами можно получить температурно-влажностный режим, близкий к режиму русской бани.

Отдельно стоит выделить печи, работающие и сконструированные Кузнецовым И.В.  с учетом принципа свободного движения газов (Подгородников). На рис. 3 представлена схема печи «Двухъярусный колпак». Нижний колпак состоит из топливника 1, в котором на щелевом перекрытии 2 уложена каменная засыпка 3. С двух сторон в перекрытии имеются свободные от камней щели 4, соединяющие топливник с паровой камерой 5. Рядом с топливником размещается конвективная система нижнего колпака 6, которой устанавливается змеевик (регистр) ГВС 11. Топливник и конвективная система нижнего колпака, соединяются между собой сухим швом 7 и рядом отверстий 8 в верхней зоне. В нижнем колпаке имеется канал 9 (переточной), ведущий в верхний колпак 10. Схема, показанная на рис. 3, соответствует формуле «нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак». Вся идея сухого шва и свободных от камней проходов в верхнюю часть — обеспечить равномерную повышенную температуру в объеме колпака и равномерное прогревание камней со всех сторон, не зависимо от толщины засыпки, в том числе сверху. Разделить потоки выходящих газов на холодную и горячую составляющую в колпаке. При этом не увеличить сопротивление проходу газового потока. Если в качестве источника тепловой энергии использовать электрический обогреватель, то не требуется удалять продукты сгорания (принято условно, для лучшего понимания). В этом случае перенос тепловой энергии будет за счет естественных сил природы, даже при закрытой трубе.Схема горения топлива в печах Кузнецова

При отсутствии сухого шва и свободных проходов, весь поток протаскивается через камни с повышенным сопротивлением и преимущественным прогревом нижней части засыпки, а работа печи и прогрев камней, будет существенно зависеть от толщины засыпки, при прочих равных условиях.

Бесканальная конвективная система обладает высокими теплотехническими качествами и КПД. Принцип работы этой схемы следующий: дымовые газы, проходя через щели, свободные от камней, (а так же через каменную засыпку) заполняют колпак, причём наиболее горячие газы поступают в верхнюю его часть, а наиболее холодные, тяжелые, проходят через «сухой шов» низом колпака (не попадая в него) в переточной канал. В верхней части колпака создается зона с повышенной температурой, способствующей окончанию реакции горения (догоранию газообразной составляющей топлива), то есть повышению КПД изъятия энергии из топлива. Обогрев каменной засыпки происходит сверху и снизу, что улучшает её прогрев, при этом работа системы не зависит от толщины засыпки. То есть сопротивление выходящим газам увеличивается незначительно.

Нагреть воду можно в котле, вмазанном в отопительную печь, или в змеевике, установленном в топливнике. Доводить воду до кипения не следует, чтобы не повышать влажность воздуха в парилке.

По толщине наружных стенок и характеру теплоотдачи, различают печи толстостенные, с толщиной стенок в зоне топливника в кирпич, тонкостенные, с толщиной в полкирпича, остальных стенок — четверть кирпича (периодического действия и длительного горения), тонкостенные, с металлическими стенками с футеровкой и без неё (длительного горения).

Основанием печей массой более 750 кг. служит фундамент, меньшей массы — ставят на бетонном полу без фундамента.

Конструктивные особенности бани

Конструктивные особенности бани зависят от количества членов семьи, одновременно посещающих баню, планировки участка или помещения, приспосабливаемого под баню, финансовых возможностей и других факторов. Небольшие бани могут быть устроены в индивидуальных жилых домах в процессе их строительства, ремонта или реконструкции. В существующем жилом доме под баню можно приспособить какие-либо малоиспользуемые помещения, специально пристроить новую часть здания или хозяйственной постройки или построить отдельно стоящее здание бани, если позволяют размеры участка.

Принцип действия бани — в гармоничном использовании оздоровительного и гигиенического эффекта смеси нагретого до 60-65°С (для бани) или 80-100°С (для сауны), воздуха и пара в сочетании с холодными водными процедурами. Учитывая принцип действия, сауну часто называют баней сухого пара.

Еще в давние времена поселенец, приезжавший жить на новое место, начинал застройку участка со строительства бани, в которой семья жила все время, необходимое для строительства дома. Так же может поступить теперь городской житель, осваивающий садовый участок: построить временное помещение — баню и жить в ней до завершения строительства дома. Если позволяют размеры участка, можно рядом с баней выкопать небольшой водоем глубиной 1,5 м. Необходимо предусмотреть возможность отвода загрязненных вод, поэтому баню лучше располагать на возвышенном месте, чтобы требовалось минимальное заглубление канализационного лотка. Можно пристроить баню к дому, чтобы сократить объем работ по устройству инженерного оборудования (освещения, водопровода, канализации).

Окна бани лучше располагать на запад: в вечернее время лучи заходящего солнца создают особую атмосферу спокойствия и уюта.

Размеры бани выбирают из расчета, что в ней одновременно будет париться несколько человек. Баня состоит из прихожей-тамбура, предбанника (комнаты для раздевания) и парной площадью 6-9 м2 для парения и мытья.

У входа в баню устраивают тамбур, который препятствует проникновению холодных потоков воздуха внутрь помещения. Площадь предбанника 4-6 м2, в нем должно быть окно. В предбаннике располагаются для охлаждения и отдыха после парилки. Дверь из предбанника не должна открываться в парилку, так как пар, попадая в более холодное помещение предбанника, увлажняет одежду. Следует сделать так, чтобы двери из парилки и из предбанника выходили в тамбур. Такое расположение позволит более рационально использовать площадь и, главное, все три помещения можно отапливать одной печью.

Площадь парилки 7-9 м2, ее лучше выполнять квадратной. Для снижения потерь тепла и пара дверь в парильное отделение устраивают с высоким порогом и низкой коробкой. Вдоль глухой стены располагают деревянные полки (в 2-3 яруса), длина полок – 160-200 см. Печь-каменку, отапливаемую дровами, обычно устанавливают в углу у двери. У противоположной стены монтируются полки (скамьи) для мытья. Для такого типа бань оптимальными будут размеры 2,5×4,5 м.

Дымовые трубы

Дымовые трубы бывают кирпичные, каменные, бетонные, металлические и из керамических глазурованных плит.

Трубу выводят на 1-1,5 м выше конька скатной крыши и на 2 м — над плоской крышей. Для обеспечения достаточной тяги высота дымохода должна быть не менее 4 м. Сверху на трубе устанавливают крышку, улучшающую тягу и предохраняющую от попадания в дымоход дождя и снега.

Дымоход следует делать прямым, без каких-либо поворотов, уступов и т.п. Печь присоединяют к дымоходу при помощи трубы, которая должна быть по возможности короче.

Если труба металлическая или асбестоцементная, то место соединения ее с кирпичной кладкой необходимо уплотнить водостойким раствором (цементным или известково-цементным), а снаружи трубу обязательно покрыть теплоизоляцией (рис. 56,а), иначе в охлаждаемой трубе (при температуре дымовых газов ниже 100 °С) будет образовываться конденсат, который пропитывает влагой и разрушает верхние кирпичи печи, снижает тягу, а зимой может привести к образованию в трубе ледовой пробки.Дымовые трубы в банных печах

Изоляцию трубы выполняют путем заключения ее в кожух из листовой стали. Зазор между ними шириной около 5 см заполняют минеральной ватой. Для улучшения тяги и защиты трубы от осадков на ее верхний конец устанавливают дефлектор, обеспечивающий подсос газов из трубы при помощи ветра.

Конструкции банных печей

Ниже приведены несколько наиболее распространенных в литературе конструкций печей для бань. Каждая из них имеет свои особенности, но принцип работы у них один.

Печь-каменка для бани

На рис. 4 приведены наружный вид и схема конструкции металлической каменки . Печь имеет внутреннюю армировку. Заслонка и каналы для подачи в топливник вторичного воздуха обеспечивают более полное сгорание топлива и его экономное расходование.

Печь-каменка для бани

На рис. 6, а изображен наружный вид кирпичной печи-каменки усиленной конструкции без водогрейной емкости. Топливник выполнен из огнеупорного кирпича и имеет щелевой свод для каменной засыпки. Ширина щелей (расстояние между кирпичными арками) 5-8 см.

Печь-каменка для бани

Для более полного использования тепла печь снабжена дымоходами в виде опускных колодцев и общим сборным дымоходом, сообщающими верхнюю часть камеры для камней с дымовой трубой (на рисунке не показаны). В целях повышения прочности печь заключена в каркас из стальных уголков.

На рис. 6, б приведена схема кирпичной печи-каменки с водогрейным котлом. Камера для камней имеет две дверки. Иногда выполняют дымоходы, пропускающие дымовые газы из пространства вокруг котла в нижнюю часть камеры для камней.

 

Список используемой литературы:

  1. К. Мякеля, Печи и камины, Москва, Стройиздат,1987 г.
  2. Сафин В. А. Строим баню: Справ. пособие – М.: Стройиздат, 1992. – 192 с.: ил. – (Сделай сам).
  3. Шепелев А. М.  Кладка печей своими рукамию – М.: Россельхозиздат, 1983.
  4. Школьник A. Е. Печное отопление малоэтажных зданий: Практ. по­собие.—2-е изд., перераб.— М: Высш. пне., 1991,— 160 с: ил.
  5. Кирпичные печи-каменки: Справочник/Сост. В.В. Селиван, В.И. Рыженко. — М.: Издательство Оникс, 2007. — 32 с: ил. — (В помощь домашнему мастеру).
  6. Печи Кузнецова.

Комментарии закрыты.