Основные конструкции печей-каменок

Конструкция печи-каменки определяется следующими факторами:

1. видом применяемого топлива:
   

• твердотопливные печи (в качестве топлива используются дрова, каменный или бурый уголь, торф, сланец и другие твердые органические материалы);
  
• жидкотопливные печи (керосин, дизельное топливо, мазут, печное дистиллированное топливо);
  
• печи на газообразном топливе (сжиженный или природный газ);
  
• печи с электрическим нагревом;
  

1. режимом работы печи:
   

• печи постоянного (длительного) действия;
  
• печи периодического действия;
  

1. материалами, применяющимися при изготовлении:
   

• кирпичные печи;
  
• металлические печи (с футеровкой топливника огнеупорным кирпичом и без футеровки);
  

1. наличием или отсутствием водогрейного котла.
   

Рис. 1. Компактная печь-каменка: а - каменка непрерывного действия; б - каменка периодического действия: 1 - зольник; 2 - топливник печи-прачки; 3 - бак, заполненный камнями; 4 — ведро с водой; 5 — выходной дымоход; 6 — бак с водой; 7 - бочка, заполненная камнями; 8 - дверка для пара


Рис. 2. Печи-каменки с встроенным баком для воды: а - каменка с одинарными стенками; б - каменка с боковой стенкой в виде бака для воды; в - каменка с баком для воды и воздушным зазором в стенке

Электрические печи-каменки

Наиболее удобны для пользования печи-каменки постоянного действия с электрическим нагревом. Мощность печи каменки с электрическим обогревом зависит от объема парилки, качества теплоизоляции ее стен и температуры окружающей среды. Ориентировочно можно принять, что для 1 м³ объема парилки потребляемая мощность печи должна быть равна 0,7 кВт.

Простейшая электрокаменка представляет собой электропечь закрытого типа, на которую поставлена металлическая коробка с камнями. Если мощность такой печи недостаточна для хорошего обогрева воздуха, можно использовать вторую электропечь закрытого типа, установив на нее массивный кусок металла для улучшения отвода тепла.

В электрокаменках заводского изготовления нагрев камней осуществляется трубчатыми электронагревателями (ТЭНами), входящими снизу в толщу каменной засыпки. Более совершенными являются электрокаменки, в которых вентиляционный воздух не проходит через толщу камней, а свободно обтекает каменную засыпку между двумя кожухами и нагревается дополнительными электронагревателями. При этом камни нагреваются до 350-450 °С, а воздух -до 100-120 °С. Увеличивая количество камней в засыпке, можно повысить запас накапливаемого ими тепла для получения пара. Такая система раздельного нагрева каменной засыпки и воздуха с регулированием массы камней называется системой мягкого нагрева. Преимуществом такой системы является также то, что воздух не контактирует с раскаленными камнями и нагревателями и не приобретает неприятный запах, и кислород воздуха не выгорает. Пример электрокаменки представлен на рис. 3.


Рис. 3. Электропечь для сауны

Для обеспечения удобства обслуживания электрокаменки оборудуются регуляторами температуры, ограничителями температуры, которые отключают нагреватели при достижении температуры воздуха заданного предела, и реле времени, которые также отключают нагреватели через заданное время.

Печи-каменки на жидком и газообразном топливе

Для обогрева бани используются газовоздушные отопительные приборы - калориферы, конвекторы, камины, работающие на сжиженном или природном газе и имеющие патрубок для отвода продуктов сгорания в дымоход. В дымоход встраивается стальная коробка с камнями для получения пара. Но при этом следует иметь в виду, что температура нагрева камней будет не высокой (не более 200 °С),

Для получения сухого пара с высокой температурой используются обычные печи-каменки, в топливнике которых устанавливаются газовые горелки с инжекторами и воздухораспределителями.

Газ является наиболее опасным топливом в отношении пожара, взрыва и отравления. При его применении возможны отрыв пламени за счет изменения тяги в дымоходе, накопление в топке взрывчатой смеси газа с воздухом при потушенном пламени, поступление в помещение продуктов сгорания с повышенным содержанием угарного газа. Поэтому к печам, работающим на газе, предъявляются повышенные требования.

Для топки печей-каменок более широко используется жидкое топливо, которое легко доставляется и хранится в канистрах, бидонах или другой легкой закрытой таре.

Для топки печей можно применять 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.

Горение жидкого топлива состоит из процессов его распыления, смешения с воздухом, нагрева, испарения и окисления. В промышленных установках с большим расходом топлива распыление его производится при помощи форсунок. В бытовых печах, в том числе в печах-каменках, используют способ разбрызгивания при ударе капель о дно горелки. На рис. 4 приведена схема применения горелки с разбрызгиванием топлива.


Рис. 4. Схема применения горелки с разбрызгиванием топлива: 1 — дымоходная труба; 2 — камни; 3 — топливник печи; 4 — капельница; 5 — глазок; 6 — стакан горелки; 7 — дверка топливника; 8 — вентили; 9 - трубка для подачи топлива; 10 — переливная трубка; 11 — стена помещения; 12 — фильтр; 13 — топливный бак; 14— сливной бак

Горелка представляет собой металлический стакан с размещенной над ним капельницей. Для этой цели удобно использовать отслуживший поршень двигателя из жаропрочного чугуна или стали. Тонкостенные стаканы быстро прогорают. Капельница должна быть на такой высоте, чтобы можно было следить за стеканием топлива. Капельница трубкой сообщается с топливным баком, размещенным вне помещения бани. На трубке должны иметься фильтр и два вентиля: один у бака после фильтра, для его отключения, другой - у печи, для регулирования расхода топлива. Нижняя часть стакана переливной трубкой сообщается со сливным баком, который также размещается вне помещения.

Скорость и полнота горения топлива зависят от степени нагрева стакана: чем больше его температура, тем быстрее испаряется топливо, и тем полнее сгорают его пары. Если же при температуре свыше 600 °С поступления воздуха недостаточно и топливо не успевает перемешаться с ним, в пропорциях, необходимых для полного сгорания, образуются коксовые частицы - сажа, которая горит медленно и поэтому уносится с дымовыми газами. Для обеспечения полноты сгорания топлива желательно в боковой стенке стакана просверлить отверстия для подачи воздуха. Еще лучше стакан наполовину заполнить кусками металла или камня, которые обеспечивают предварительный нагрев воздуха и более равномерное смешение его с парами топлива.

Многие зарубежные фирмы поставляют на российский рынок компактные и удобные печи-каменки с горелками для газообразного или жидкого топлива.

Из изложенного выше видно, что печи-каменки, работающие на газообразном и жидком топливе, имеют довольно сложную конструкцию. Для изготовления их своими силами нужно специфическое оборудование и опыт и, главное, устройства для регулирования подачи топлива и зашиты от перегрева, изготовленные и испытанные в заводских условиях. Промышленные печи-каменки требуют достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала. А главное, в помещение бани, оборудованной такими печами, попадает некоторое количество газообразных компонентов топлива, что вызывает присутствие посторонних запахов.

Поэтому в индивидуальных банях малой производительности целесообразней применять печи-каменки, работающие на твердом топливе - дровах, реже на угле.

Металлические печи-каменки

На рис. 5 приведена конструктивная схема печи-каменки, изготавливаемой из листовой стали одним из отечественных производителей. Отличительной ее особенностью является то, что вторичный воздух поступает в верхнюю зону камеры сгорания через щели в корпусе, а дымовые газы поступают в каналы вокруг бункера для камней и выходят в дымоход через переднее отверстие. Печь имеет двойные боковые стенки, зазоры между которыми служат каналами для циркуляции и нагрева воздуха. В эти зазоры введена труба, по которой циркулирует нагреваемая в баке вода. Габариты печи 400x505x750 мм. В парилке объемом 10 м³ такая печь создает температуру до 140 °С.


Рис. 5. Печь-каменка для твердого топлива: 1 - зольник; 2 - колесниковая решетка; 3 - топливник; 4, 5, 6, 7 - дымоходы; 8 - дымовая труба; 9 - щели для нагретого воздуха; 10 - водогрейная труба; 11 - корпус; 12 - глазок

Компактная печь-каменка непрерывного действия может быть получена из печи-прачки, при этом в бак вместо воды необходимо загрузить камни, а небольшое количество воды можно нагреть в ведре, установленном на камнях (рис. 1а). Если эту печь соединить со стальной бочкой, заполненной камнями, получится каменка с большим запасом тепла в камнях и нагретой воды (рис. 16).

Основным недостатком таких печей является интенсивное излучение тепла через относительно тонкие стенки топки. Этот недостаток можно устранить путем обложения топки кирпичом снаружи с оставлением зазора для циркуляции воздуха. Однако тонкие стенки печи быстро прогорают, печи весьма недолговечны. Поэтому обычно применяются самодельные печи различной конструкции, сваренные из листов стали толщиной до 5-6 мм. На рис. 2, 6, 7 представлены некоторые конструкции таких печей для парилок объемом до 25 м³. высота топки у печей 25-40, ширина 35-50, длина 40-60 см. Общие размеры печей и масса камней зависят от объема парилки. Для удобства изготовления и более полного использования тепла отводящий дымоход пропускается через каменную засыпку.

Наиболее совершенны печи с двойными стенками. Зазоры между ними используются в качестве емкости для горячей воды (рис. 2 б, в). К печи можно подключить через соединительные трубки дополнительный бак для хранения нагретой воды.


Рис. 6. Конструкция каменки-бочки


Рис. 7. Общий вид и поперечный разрез печи-каменки в виде бочки

Металлические печи-каменки непрерывного действия, как заводского, так индивидуального изготовления, занимают мало места, быстро поднимают температуру в парилке и позволяют приступить к мытью уже через 20-30 мин после начала топки. Они гигиеничны, безопасны в отношении отравления угарным газом, не требуют частого и квалифицированного ухода. По этим причинам большинство бань на садовых и дачных участках оборудуются именно такими печами. Существенным недостатком таких печей является то, что они не накапливают требуемый для банных процедур запас тепла. Они быстро нагреваются, но и хороший жар проходит также быстро. Чтобы поддерживать жар, надо по мере прогорания подкладывать топливо, что создает определенные неудобства в процессе парения.

Кирпичные печи-каменки

Все металлические печи, имея малую теплоемкость, не создают необходимой мягкости и равномерности нагрева тела, не дают желаемого «легкого пара», поэтому в банях с объемом парилки более 12 м³ предпочтительнее пользоваться печами-каменками, изготовленными из кирпича. Если топочную камеру отделить от камеры для камней непроницаемой перегородкой, печь может работать как в непрерывном, так и в периодическом режимах. Это позволяет рассматривать ее как печь комбинированного действия.

Такие печи имеют большую теплоемкость и позволяют пользоваться баней после однократной топки и в то же время при необходимости допускают непрерывную топку во время банных процедур. Главная отличительная особенность печи комбинированного действия - наличие непроницаемой перегородки.

На рис. 8 изображены печи-каменки, в которых в качестве перегородки использованы металлический ящик или отработанный чугунный пищеварочный котел. Поверхности ящика и котла омываются раскаленными дымовыми газами и поэтому камни быстро нагреваются до температуры 450-600 °С. Обмурованный огнеупорным кирпичом топливник позволяет топить печь каменным углем или установить горелку для жидкого топлива. Основной недостаток этих печей - отсутствие водонагревателя. Установка бака для воды или водогрейных труб в принципе возможна, но усложняет конструкцию печи.


Рис. 8. Печь-каменка без водонагревателя: а — с использованием металлического ящика; б - с использованием отработанного котла: 1 - дверка поддувальная; 2 - колосниковая решетка; 3 - дверка топливника; 4 - плита; 5 - задвижка; 6 - металлический ящик; 7 - камни; 8 - дверка для пара; 9 - огнеупорные кирпичи; 10 - котел

На рис. 9 показана малогабаритная печь-каменка с водогрейным баком.


Рис. 9. Печь-каменка комбинированного действия с верхним размещением бака для воды: 1 — дверка поддувальная; 2 — дверка топливника; 3 — чистка; 4 — бак; 5 — картон асбестовый; 6 — заслонка; 7 — колосниковая решетка; 8 — плита; 9 - стальные пластины; 10 — камни

Объем камеры для камней и вместимость бака по 40 л.

Бак размещен на плите рядом с камнями. Скорость нагрева воды регулируется асбестовым картоном между баком и камнями. Для ускорения нагрева воды картон укорачивается. Для ускорения нагрева камней в нижний слой засыпки добавляется чугунный или стальной лом. Используемая плита может быть как цельной, так и сборной из двух чугунных плит. Желательно, чтобы толщина плиты была не менее 10 мм. Для более полного использования тепла и нагрева печи снизу в задней части кладки выполнены дымообороты, образуемые путем разделения внутренней полости стальными пластинами на два канала (один спускной, другой подъемный). Пластины должны плотно прилегать друг к другу и заделываться в зазор между кирпичной кладкой. Выступающие части кирпичей создают завихрения дымовых газов и обеспечивают более полную теплоотдачу. В верхней части подъемного канала устанавливается заслонка. Камни и бак для воды закрываются легкой съемной крышкой из стального листа. Последовательность кладки печи по рядам показана на рис. 10.



Рис. 10. Кладка печи-каменки комбинированного действия с верхним размещением бака для воды

На рис. 11 изображена печь-каменка с нижним расположением бака для воды. Она отличается большей длиной топки, большим объемом камеры для камней, наличием нижней заслонки для обеспечения растопки. Размещение бака внизу создает удобства при наполнении его холодной водой и заборе горячей. Вода в баке нагревается быстрее, так как он торцом выходит в топку, а с боков и снизу омывается горячими газами. Для укладки верхних кирпичей бак должен быть закрыт сверху на 2/3 длины. При открытой нижней заслонке дымовые газы попадают в дымовую трубу, минуя нижние дымообороты. Поэтому после растопки печи, когда устанавливаются устойчивое горение топлива и хорошая тяга, нижнюю заслонку следует закрыть. Камни и бак также закрываются легкими съемными или откидными крышками из стального листа.


Рис. 11. Печь-каменка с нижним размещением бака: 1 — дверка поддувальная; 2 - дверка топливника; 3 — чистка; 4 — бак; 5 — нижняя заслонка; 6 — верхняя заслонка; 7 — колосниковая решетка; 8 - плита; 9 - камни

Последовательность кладки печи приведена на рис. 12. При кладке перекрыши (верхней стенки) в целях обеспечения большей герметичности швов предпоследний ряд кирпичей необходимо сдвинуть относительно соседних рядов на ширину шва и положить на предпоследний 18-й ряд перекрыши кусок листовой стали размером 270x270 мм.


Рис. 12. Порядок кладки печи-каменки с нижним размещением бака для воды

В качестве дымовой заслонки можно использовать стальную пластину размером 300x70x3 мм, установленную в направляющие желоба из металлических полосок.

В банях, рассчитанных на одну семью и отапливаемых дровами, обычно применяются кирпичные печи-каменки периодического действия, в которых камни нагреваются проходящими через них дымовыми газами. Такие печи на 30-40 % экономичнее печей комбинированного действия и позволяют быстрее нагреть камни до требуемой температуры. При интенсивной топке печи нижние слои каменной засыпки могут нагреваться до 1000-1100 °С, верхние слои - до 500-600 °С. При таких температурах сажа сгорает, и камни остаются чистыми. Единственный недостаток печей периодического действия — необходимость ожидания полного сгорания топлива или удаление остатков несгоревшего топлива, чтобы при открывании камеры в баню не попадал угарный газ.

На рис. 13 (1) 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 5-8 см, 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. В целях повышения прочности печь заключена в каркас из стальных уголков. На рис. 13 (2) показана схема кирпичной печи-каменки с водогрейным котлом. Камера для камней имеет две дверки.


Рис. 13. Кирпичная печь-каменка периодического действия: 1 - без водогрейной емкости; 2 - с водогрейным котлом

Иногда для нагрева воды используются электрические или газовые водонагреватели, а для нагрева помещения бани и выработки пара - каменки упрощенной конструкции. Для примера на рис. 14 приведена конструкция печи-каменки, которая позволяет одновременно обогревать парилку, моечную и предбанник. Топится она из предбанника, дверца для пара выходит в парилку, а обогревательный щиток - в моечную. На щитке имеются два опускных канала и один подъемный канал, переходящий в трубу. В стенку подъемного канала со стороны моечного помещения вставляют вентиляционную решетку с задвижкой для удаления пара из моечной. Задвижку можно открыть только после завершения топки и закрытия обоих опускных каналов.


Рис. 14. Каменка с обогревательным щитком: 1, 2, 3 — дверки поддувальная, топочная и для пара; 4, 5 — задвижки спускных и подъемного каналов обогревательного щитка; 6 — дверки чистки; 7 — кладка топочной камеры из огнеупорных кирпичей