Главным элементом любой бани является печь-каменка, с помощью которой отапливается помещение, образуется пар и происходит нагрев воды для мытья. Поэтому требования к возведению печей самые высокие. С одной стороны, желательно соблюдать принцип экономии пространства, топлива и времени ее нагрева, а с другой — нередко возникает желание отапливать, помимо парильни, еще и моечную или предбанник, увеличить количество теплой воды, а также продлить время образования сухого пара, что важно для просушки всей бани после мытья. Все это вполне возможно при условии, если конструкция и мощность печи будут соответствовать планировке и размерам бани.
Какой бы ни была конструкция печи, она должна оставаться безопасной. Поэтому при ее возведении необходимо учесть все детали, чтобы в дальнейшем исключить возможность случайных ожогов, возникновения пожара, отравления угарным газом и т. д.
Большое значение имеет способ выделения и отдачи тепла печью. Если будет наблюдаться излишнее излучение тепла, то это первый признак того, что может возникнуть опасность перегрева.
Комфортными считаются условия, когда тепло от печи передается путем конвекции нагретого воздуха. Для этого температура стенок печи должна быть максимально низкой, а способность стен бани отражать тепло — наоборот, как можно больше. В таком случае тепловое излучение на человека будет направлено со всех сторон.
Накапливание запаса тепла происходит в стенках и каменной засыпке печи. Чем толще стенки, тем медленнее происходит нагрев печи, но дольше сохраняется тепло.
Виды печей: краткая характеристика и особенности
Отопительные печи
Отопительные печи используются для обогрева помещения. Они могут быть толстостенными или тонкостенными. Такие печи различаются по теплоотдаче, форме, а также движению дымовых газов.
У стандартной тонкостенной отопительной печи толщина стенок составляет 1/4 кирпича. Исключением является топливник, который обычно выкладывают в 1/2 кирпича. При периодической топке печи наблюдается резкое колебание температуры стен. Нередко встречаются тонкостенные печи в металлических футлярах.
Температура на наружных поверхностях печи может быть везде одинаковой или же, наоборот, резко колебаться в зависимости от толщины ее стен. Дымоходы в таких печах могут быть различные.
Любая печь, независимо от конструкции, предназначается для обогрева относительно небольшого помещения.
Для нагревания печи, толщина стенки которой составляет 1/2 или 1/4 кирпича, требуется немного топлива. Для прогрева такой печи понадобится около 50 минут, а для большой конструкции — 1,5–2 часа.
Температура наружных стенок печи может быть различной. Рекомендуется возводить печные конструкции, которые во время топки будут умеренно прогреваться, в некоторых местах — от 80 до 90 °C. Также можно использовать печи повышенного (90-120 °C) и высокого нагрева (более 120 °C).
Нельзя допускать перегрева печи, так как осаждаемая на стенках пыль может пригорать, из-за чего появится неприятный запах. Не все стороны печи прогреваются равномерно. Это обусловлено расположением ее каналов.
Сначала горячие газы из топливника поднимаются по первому каналу, затем они переходят во второй, третий и т. д. Таким образом, первый канал прогревается сильнее, второй — меньше, а прогрев третьего происходит еще слабее. В результате нагрев стенок печи происходит неравномерно. Особенно это заметно становится на глиняных швах, которые в дальнейшем начинают трескаться.
Через поврежденные швы могут вылетать искры, из-за чего возникает опасность пожара. К тому же через образующиеся трещины проникает холодный воздух, в результате чего печь теряет тепло и происходит перерасход топлива.
С целью предохранения первого канала от перегрева рекомендуется сделать в топливнике два или три канала, которые будут слабо прогреваться и, следовательно, препятствовать разрушению швов.
Устройство печей с каналами, соединенными последовательно, бывает следующих видов:
— однооборотное;
— двухоборотное;
— многооборотное;
— колпаковое;
— бесканальное, где роль теплопоглощающей поверхности выполняет колпак, расположенный под топливником.
Отопительные печи различаются по продолжительности топки, величине теплоотдачи и степени прогрева. Топка бывает кратковременного или длительного горения, а степень прогрева — умеренная или повышенная.
Толщина стенки печи, обладающей умеренным прогревом, составляет 1/2 кирпича. Такая стенка характеризуется более медленным прогревом, она долго держит тепло и медленно остывает. На поверхности стен температура может доходить до 50–60 °C, а в отдельных местах — до 85–90 °C. Благодаря этому не будет происходить пригорание пыли.
На заметку!
У отопительных печей есть и свой недостаток — большая масса, требующая прочного фундамента и значительного пространства.
Стенки печи с повышенным прогревом более тонкие, их толщина не превышает 1/4 кирпича. Поэтому такая печь быстро прогревается, но за короткое время остывает. Температура на поверхности стенок может доходить до 65–70 °C, а в некоторых местах — до 120 °C. Из-за таких повышенных температур пыль начинает пригорать. К тому же в помещении не поддерживается равномерная температура. Поэтому тонкостенная печь повышенного прогрева менее выгодна, чем печь умеренного прогрева, имеющая толстые стенки.
У печей с повышенным прогревом толщина стенок топливника составляет 1/2 кирпича, остальная часть может быть выложена в 1/4 кирпича. Для устройства такой печи не требуется много места, к тому же она более экономична при расходовании строительных материалов.
Квадратные и прямоугольные печи считаются наиболее простыми в кладке, а круглые печи — внешне более привлекательными. Однако они обязательно должны быть расположены в металлических футлярах.
Водогрейные печи
В качестве водогрейных печей нередко применяются стальные или чугунные котлы, которые выпускаются серийно. Они состоят из наборных секций.
Также можно использовать стальные водонагреватели различных конструкций.
Существуют определенные недостатки в установке серийных стальных и чугунных котлов. Их конструктивные элементы, как правило, поставляются заводами по отдельности и сборку приходится выполнять на месте самостоятельно.
Кроме того, чугунные котлы — крупногабаритные и тяжелые. Поэтому для возведения водогрейных печей рекомендуется использовать нестандартные устройства.
Для больших бань лучше всего отдельно установить котлы, а в небольших парных водонагревательные элементы могут быть встроены непосредственно в печь-каменку. В таком случае одна печь сможет удовлетворить все потребности бани и дополнительно сэкономить пространство, занимаемое оборудованием.
Недостатком чугунных водогрейных элементов является чувствительность к воздействию высоких температур, особенно при неравномерной тепловой нагрузке. При стремительном повышении температуры в газоходе во время растопки печи такие элементы дают течь. Поэтому чаще всего водогрейные элементы, встраиваемые в банные печи, выполнены из оцинкованной стали. Циркуляция горячей воды происходит под давлением теплой воды из бака, находящегося рядом с печью. Вместимость бака составляет 210 л.
Банные печи с водогрейными котлами являются универсальными конструкциями, так как способны обеспечить теплом всю баню.
Но у них есть и недостаток — при возникновении необходимости ремонта или замены водогрейного устройства нужно будет разбирать кладку всей печи. Поэтому использование отдельных водогрейных котлов считается наиболее удобным.
Паровые печи
Печь для бани «по-черному» (рис. 1) является одной из самых простых. Она состоит из топки для дров и открытой камеры. В такой печи дымовые газы сначала проходят через щель свода, а затем через толщу камня попадают в парильное помещение.
Поливая водой раскаленные камни, можно добиться образования пара. Такую печь-каменку легко соорудить из обычного глиняного кирпича.
Рис. 1. Печь для бани «по-черному»: 1 — зольник; 2 — колосниковая решетка; 3 — глиняный кирпич;4 — футеровка огнеупорным кирпичом; 5 — свод;6 — камни
Благодаря данной конструкции существует возможность увеличения или уменьшения толщины и высоты стенок печи. Но в то же время толщина стенок топливника должна быть не менее 120 мм.
У печей с повышенной теплоотдачей стенки топливника необходимо выкладывать толщиной 200–250 мм.
Такая конструкция дымовой печи-каменки отличается экономичностью и легкостью возведения.
В отличие от печи для бани «по-белому» у такой конструкции нет необходимости в дымовой трубе.
Печь-каменка для бани, сложенная из глиняного кирпича с футеровкой топки (специальной отделкой с целью защиты поверхности от возможных повреждений) огнеупорным кирпичом, должна быть возведена на бетонном или кирпичном основании. Никаких особенностей для укладки фундамента под такие печи нет. Он устраивается таким же образом, как и для обычной отопительной печи.
Совет мастера
Перед тем как приступать непосредственно к кладке, глиняный кирпич рекомендуется замочить в воде. Это обеспечит лучшее сцепление с раствором. Держать кирпич в воде необходимо до тех пор, пока не перестанут выделяться пузырьки воздуха.
Огнеупорный шамотный и тугоплавкий кирпич, применяющийся для футеровки, не следует замачивать. Перед укладкой его можно только ополоснуть водой.
Для кладки применяется глиняно-песчаный раствор из обычной или огнеупорной глины — все зависит от типа кирпича.
В качестве паровых камней рекомендуется использовать те, которые обладают небольшим коэффициентом расширения при нагреве, хорошей огнестойкостью и теплопроводностью.
Можно остановить свой выбор на базальте или граните. бедует учитывать, что последний иногда может крошиться под воздействием воды и высокой температуры, но от него получается наиболее качественный пар.
Нельзя в качестве камней использовать известняк или кремень, так как они могут растрескаться от холодной воды.
Не рекомендуется использовать камни, имеющие трещины и поры, так как они могут впитывать дымовые газы и, следовательно, стать источником возникновения угарного газа.
Более крупные камни должны быть уложены снизу, а по мере набора высоты следует располагать мелкие, чтобы между отдельными камнями оставались щели для выхода пламени.
Булыжники нужно выбирать не только с округлой, но и с гладкой поверхностью, что обеспечит необходимый уровень нагрева камней пламенем и дымовыми газами.
Для испытания печи следует провести пробные топки. Если печь возведена правильно, то пламя будет уносить сажу с поверхности камней. При качественном паре камни останутся чистыми даже с боковых сторон.
Во время пробных топок нужно следить за тем, чтобы языки пламени не были выше камней. В противном случае придется в щели между большими камнями добавлять более мелкие до тех пор, пока высота пламени не спадет.
Рис. 2. Печь для бани «по-черному» с баком для воды: 1 — корпус печи из кирпича; 2 — камни;3 — бак для воды; 4 — топочная дверка; 5 — дверка зольника; 6 — колосниковая решетка; 7 — футеровка из огнеупорного кирпича; 8 — решетка из металлических частей
Существуют также печи для бани «по-черному» с баком для воды (рис. 2). Их легко сложить своими руками, используя обычный и огнеупорный кирпич.
Печи-каменки
Печи-каменки в зависимости от режима работы бывают постоянного (длительного), периодического и комбинированного действия.
Печи-каменки постоянного действия
Печи-каменки постоянного действия имеют тонкие стенки, и для их топки требуется небольшой объем камней. Благодаря применению устройств автоматического контроля температура камней на протяжении всего времени их работы поддерживается в пределах 300–350 °C. Для прогрева печи обычно используют электричество или жидкое и газообразное топливо.
При электрическом нагреве температуру можно регулировать путем изменения силы тока в нагревательных элементах. Если печи-каменки отапливаются жидким или газообразным топливом, то температура регулируется путем изменения объема топлива, поступающего в топку.
Необходимо, чтобы такие печные конструкции были оборудованы защитной автоматикой, которая сможет отключить питание печи при внезапном превышении температуры стенок выше допустимой нормы, а также в случае затухания пламени в топке. Использование подобных печей обязательно должно быть согласовано с пожарным надзором.
Иногда для прогрева печей-каменок постоянного действия используют твердое топливо. Но независимо от вида топлива топочная камера и каналы для дымовых газов должны быть отделены от каменной засыпки стенкой или чугунной плитой. С одной стороны, это необходимо для предотвращения попадания продуктов сгорания в баню, а с другой — такое разделение защитит камни от сажи, которая способна в дальнейшем загрязнять воздух в парильне.
Печи-каменки периодического действия
Печи-каменки периодического действия характеризуются массивной кирпичной кладкой. Для их топки требуется большой объем камней. Массивная кладка необходима для защиты наружной стенки от перегрева, к тому же она способна длительное время сохранять тепло.
Благодаря интенсивной топке температура нагрева каменной засыпки в нижней части может достигать 1000–1100 °C, а в верхней — 500–600 °C. При таких высоких температурах сажа полностью выжигается, а камни остаются чистыми. Поэтому с целью экономии тепла продукты сгорания топлива рекомендуется пропускать через камни.
Печи-каменки комбинированного действия
Практически все печи-каменки комбинированного действия выполняются из кирпича. Их главной отличительной особенностью является наличие непроницаемой перегородки между топливником и камерой для камней.
Благодаря этому существует возможность получать пар, не прекращая топку. В качестве непроницаемой перегородки рекомендуется использовать чугунные плиты или котлы, сваренные из листовой стали. Перегородки с тонкими стенками под действием высоких температур быстро прогорают или деформируются, что может привести к разрушению печи и даже стать причиной возникновения пожара. Поэтому рекомендуется воспользоваться чугунными плитами, предназначенными для кухонных печей. Они могут быть глухие или с отверстиями для конфорок.
Эти отверстия не помешают пользоваться печью. Наоборот, такие плиты можно использовать для того, чтобы закрыть сверху камеру с камнями. Убрав конфорку через отверстия плиты, можно получить пар в нужное время, всего лишь плеснув воду.
Таким образом, без дверки для паровой камеры конструкция печи заметно упростится, но функции останутся прежними.
Выбор топлива для печи
Топка «по-черному» считается пожароопасной. Кроме того, есть и другие недостатки данного метода: стены и потолок бани могут быстро покрыться копотью. Поэтому такие бани в последнее время мало популярны.
Самым лучшим топливом для печи-каменки являются дрова. Но рекомендуется избегать использования хвойных пород. Запрещено применять трухлявые или пораженные гнилью дрова.
Дрова должны быть хорошо просушены и разрублены на поленья с максимальной толщиной 8 см. Их длина должна составлять не более 25–30 см. Идеальным вариантом считаются лиственные породы: береза, ольха, осина и т. д. Оптимальная влажность древесины — около 14 %.
Не рекомендуется использовать уголь, так как процесс регулировки топки затрудняется, повышается температура, что приводит к разрушению внутренней кладки печи, а также ухудшению санитарных условий.
Запрещено использовать в качестве топлива куски фанеры, древесины, покрытой лаком или краской, а также ткань, пластик и другие искусственные материалы.
Способы повышения эффективности печи
Для догорания горючих газов в топливнике необходимо через отверстия в топочной дверке пропустить в него дополнительное количество воздуха. Без такой подачи вторичного воздуха топливо будет сгорать не полностью, что может привести к появлению сажи на камнях и в дымоходе.
В связи с этим наблюдается снижение полезной теплоотдачи, а из-за возгорания слоя сажи в трубах возрастает вероятность возникновения пожара. Когда происходит разогрев топлива, а также в конце топки, когда горение уже не такое интенсивное, в топливник поступает избыточное количество воздуха. Из-за этого с уходящими газами увеличивается потеря тепла. В процессе догорания эти потери могут составить 20–30 %. Для их снижения рекомендуется держать прикрытыми отверстия для воздуха и задвижки на дымоходе.
Добиться повышения коэффициента полезного действия печи можно путем увеличения объема разогреваемых частей (включая камни), а также площади поверхностей, контактирующих с уходящими газами.
С этой же целью можно уменьшить толщину и теплопроводность стенки печи. Для этого рекомендуется использовать металл. Такие меры приводят к более интенсивной теплоотдаче от печи к окружающему воздуху.
Особое внимание следует уделить соответствию топочного объема расходу топлива. Чем больше этот объем, тем больше должен быть и расход топлива. Соблюдение этого требования необходимо для того, чтобы процесс горения был интенсивным, а доля потерь с уходящими газами, наоборот, оставалась минимальной.
Требования к печам
Быстрый режим работы
Для бани и сауны важен быстрый прогрев печи и своевременная регулировка температуры и режима. Быстрый прогрев может обеспечить железная печь для бани с электрическим нагревателем. В этом случае нет необходимости в процессе розжига, нужная температура поддерживается автоматически, к тому же на современных печах ее можно контролировать с помощью специальных индикаторов.
Для обеспечения быстрого режима работы при больших объемах парной рекомендуется использовать металлические дровяные печи непрерывного действия, основным предназначением которых является создание и поддержание температурно-влажностного режима в парном отделении.
Металлическая дровяная печь позволяет поддерживать и регулировать температурно-влажностный режим в широком диапазоне. Она изготавливается из жаропрочной нержавеющей стали с содержанием хрома не менее 17 %.
Конструкция предусматривает повышенную эффективность сжигания топлива. Особенностями металлической дровяной печи, характеризующейся быстрым режимом работы, являются наличие топливника с первичной и двумя вторичными камерами сгорания, калорифера с большой поверхностью, способность догорания топлива во вторичных камерах, а также возможность забора продуктов горения из нижней зоны вторичной камеры сгорания.
Благодаря высокой мощности такая печь способна за короткий срок нагреть большое помещение.
Оптимально подобранные теплоотдающие поверхности печи способны обеспечить не только быстрый прогрев отапливаемого помещения, но и дальнейшее поддержание температуры на необходимом уровне. В качестве основных теплоотдающих поверхностей данной печи выступают корпус и радиатор калорифера.
Благодаря специально разработанной схеме движения топочных газов в печи становится возможным легко регулировать температуру и влажность в парной.
Время нагрева
Продолжительность топки печи должна быть оптимальной. Когда температура стенок печи достигнет максимального значения, установится баланс между теплом, образующимся в печи, и теплом, переходящим в окружающий воздух. После этого продолжать топку печи периодического действия нецелесообразно.
Печь постоянного действия, наоборот, приходится протапливать до тех пор, пока необходима высокая температура камней для образования пара.
В электрокаменках постоянного действия, которые произведены на заводе, нагрев камней происходит благодаря трубчатым электронагревателям, входящим снизу в толщу каменной засыпки. Наиболее подходящими для быстрого нагрева считаются электрокаменки, в которых вентиляционный воздух не проходит через толщу камней, а свободно обходит каменную засыпку между двумя кожухами и нагревается с помощью дополнительных приборов. При этом нагрев камней происходит до 350–450 °C, а воздуха — до 100–120 °C. Увеличив количество камней в засыпке, можно добиться повышения запаса накапливаемого ими тепла для образования пара.
При использовании сухого пара масса камней не имеет большого значения, поэтому она может быть минимальной.
Существует и система раздельного типа нагрева каменной засыпки и воздуха с возможностью изменения количества камней в 10–30 раз. Ее преимуществом является отсутствие контакта воздуха с раскаленными камнями, а следовательно, и отсутствие неприятного запаха из-за прогорания пыли, содержащейся в воздухе.
Совет мастера
Для более удобного и безопасного использования электрокаменку рекомендуется оборудовать регулятором и ограничителем температуры, который отключает электронагреватель при достижении в помещении 14 °C. Также следует установить реле времени, которое сможет отключать электронагреватель через заданное время непрерывной работы.
Мощность
Мощность печи зависит не только от ее типа, но и от других факторов.
Так, на мощность электрокаменки постоянного действия влияют объем парильни, качество теплоизоляции ее стен, а также температура окружающей среды.
Для примера можно вычислить необходимое количество энергии для обогрева парильни. Если допустить, что для 1 м3 объема парильни потребляемая мощность составляет 0,7 кВт, то при высоте потолка 2–2,2 м для обогрева 1 м2 площади потребуется 1,4–1,6 кВт энергии.
Размеры
В зависимости от типа и назначения печи могут быть разных размеров.
Размеры стандартной печи-каменки, работающей на твердом топливе, составляют 40 х 50 х 75 см.
Размеры печи-каменки со встроенным баком для воды — 50 х 60 х 80 см.
Размеры печи-каменки непрерывного действия, совмещенной с кухонной печью, — в пределах 40 х 50 см.
При определении размеров печей-каменок следует учитывать, что масса камня и чугунных чушек на 1 м3 объема парильни составляет 60–62 кг, из них — 80 % камней и 20 % чушек.
Экономичность
Экономия при использовании топлива возможна только при его полном сгорании. Самые подходящие условия для этого создаются при сжигании твердого топлива на колосниковых решетках. При этом воздух проникает к топливу снизу, распространяясь по всей площади топливника через решетку из поддувала. Такой первичный воздух расходуется в основном на окисление горючих компонентов топлива с дальнейшим образованием углекислого газа и паров воды.
Следует проявлять осторожность, так как при повышении температуры из топлива (особенно из дров) начинают выделяться горючие газы, которые догорают в газовом пространстве над топливом.
Углекислый газ при соприкосновении с коксовыми остатками топлива под воздействием высокой температуры начинает восстанавливаться, образуя угарный газ — оксид углерода.