33. Типы и конструкции печей-каменок для индивидуальных и малых сельских бань и парильных

Для индивидуальных и малых сельских бань могут применяться печи постоянного (длительного) и периодического действия. В Финляндии, ФРГ, ГДР распространены печи-каменки длительного действия. Эти печи обычно изготовляются цельнометаллическими и имеют минимальный объем внутренней кладки. Основным достоинством таких печей является индустриализация изготовления. Использование печей длительного действия оправдано в тел случаях, когда выделение теплоты в печи свободно и просто регулируется. С этой точки зрения наиболее целесообразно использовать в печах-каменках длительного действия электронагрев, легче всего поддающийся регулировке. При сжигании жидкого или газообразного топлива требуются устройства для постоянного контроля и регулирования поступления топлива в топку. При электронагреве и при использовании жидкого или газообразного топлива печь в обязательном порядке должна оснащаться защитной автоматикой, отключающей питание печи в случаях перегрева конструкции сверх нормы, а также при погасании пламени в топке (при работе на жидком или газообразном топливе). Зарубежные каменки для индивидуальных саун имеют системы автоматического контроля к регулирования.

Печи длительного горения имеют ряд особенностей, заключающихся в следующем: ввиду того что топливник печи имеет весьма тонкую кладку, корпус печи сильно нагревается снаружи, поэтому для предотвращения чрезмерного излучения корпус помещается в металлический кожух, служащий защитным экраном, а в кольцевом зазоре между корпусом и экраном циркулирует воздух, нагревающийся от раскаленных стен топки; поскольку печь топится с постоянной, но небольшой нагрузкой, насадка из камней нагревается в печи до относительно невысокой температуры. Согласно данным испытаний одиннадцати зарубежных печей различного типоразмера, температура нагрева камней составляла 330 - 510°С. Если в результате неполного сгорания топлива в продуктах сгорания появится, сажа, то она осядет на камнях и при поливе камней водой вырывающийся пар может захватывать сажистые частицы и загрязнять атмосферу парной. Поэтому для предотвращения загрязнения атмосферы в печах длительного горения каменная насадка обычно отделяется от газов стальной или чугунной плитой.

Поскольку печи постоянного нагрева дают сильное излучение, скамьи парильной отделяют от печи кирпичной стенкой.

Верх печи должен быть удален от потолка не менее чем на 1 м, причем в случае сильного излучения потолок над печью защищается экраном.

Некоторые конструкции зарубежных индустриальных каменок изготовляются с футеровкой изнутри (прил. 14, г). Печь имеет футерованный топливник, снабженный колосниковой решеткой и зольником. Воздух, необходимый для горения, поступает двумя потоками: первичный следует под колосниковую решетку, а вторичный направляется через проемы в кладке в верхнюю зону топливника для дожигания несгоревших летучих веществ. Далее продукты сгорания поступают в верхний отсек печи, заполненный каменной насадкой. Нагрев камни, газы через отводной патрубок выходят из печи. Печь-каменка имеет наружный стальной кожух; в нижнюю часть кольцевого зазора между кладкой и кожухом через лючки поступает наружный воздух, а из верхней части отводится нагретый воздух. Сверху камера с каменной засыпкой имеет откидной люк, в обычном положении закрытый. Для получения пара люк открывают и поливают водой камни; после испарения воды и выхода пара люк закрывают. Таким образом, в данной конструкции нагрев каменной насадки осуществляется путем непосредственного пропуска через нее газов.

Большинство печей непрерывного действия, однако, проектируются с отделением газов от каменной насадки. Характерным примером для этого случая является печь, работающая на твердом топливе, показанная на рис. 98. Нагрев насадки осуществляется через поверхность стальной плиты (разделительного листа 7) и дымовой трубы 2, пронизывающей слой камней.

Рис. 98. Цельнометаллическая зарубежная каменка для индивидуальных бань: 1 - распределительный лист; 2 - отводящий дымоход

По такому же принципу построена цельнометаллическая печь-каменка для твердого топлива, выпускающаяся отечественной промышленностью (Таллинским машиностроительным заводом). Печь предназначена для индивидуальной финской бани объемом до 10 - 15 м³.

Каменка (рис. 99) имеет внутренний топливник 4 с колосниковой решеткой 5 и зольником 6. Воздух для горения подразделяется на первичный и вторичный, поступающий в верхнюю зону камеры сгорания через щели 3. Газы из топливника поступают в систему дымооборотов 7, с внутренней стороны обогревая стенки бункера для камней, а с внешней стороны - стенки воздушного канала 2, после чего через выходной дымоход 8 удаляются в дымовую трубу. В конструкции печи предусмотрен встроенный водонагреватель 1 для получения небольших количеств горячей воды. При установке в парильной печь отделяется деревянным ограждением высотой 1 м. По данным завода-изготовителя, печь-каменка позволяет достичь в помещении объемом 10 м³ температуры до 140°С (если требуется более низкая температура, кубатура помещения может быть соответственно увеличена).

Рис. 99. Печь-каменка для индивидуальной финской бани: 1 - водонагреватель; 2 - канал воздушный; 3 - щель; 4 - топливник; 5 - решетка колосниковая; 6 - дольник; 7 - дымооборот; 8 - дымоход выходной

За рубежом (в Финляндии, ФРГ, Швеции, Канаде, Австрии, Дании и других странах) выпускаются в основном электрокаменки непрерывного действия. Электрокаменки удобны в эксплуатации, так как легко управляются, гигиеничны, ибо не загрязняют воздух дымом, имеют хорошее внешнее оформление.

В зависимости от объема парильной (м³) ориентировочная мощность, потребляемая электрокаменкой (кВт), составит:

Ввиду гигиеничности электронагрева воздух пропускается через засыпку из камней, в толще которой размещаются трубчатые электронагреватели (рис. 100).

Рис. 100. Электрокаменки с утопленными трубчатыми электронагревателями (ТЭНами): 1 -ТЭНы; 2 - камни; 3 - подача воздуха к камням; 4 - подача воздуха в кожух

Благодаря эффективной теплопередаче от нагревателей к воздуху печи имеют малые габариты, их высота составляет 650 - 840 мм. Температура нагрева камней в печах постоянного нагрева составляет 350 - 450°С, согласно рекомендациям зарубежных фирм (изготовителей), каменки устанавливаются на расстоянии 400 - 600 мм от стены.

Некоторые конструкции зарубежных каменок (рис. 100) построены по принципу раздельного нагрева каменной засыпки и вентиляционного воздуха. При таком решении достигается возможность высокотемпературного нагрева камней, а воздух нагревается до умеренной температуры (100 - 120°С). Это нормализует температурный режим сауны, такая система получила название мягкого нагрева. Помимо этого, такие каменки позволяют регулировать выработку сухого и влажного пара. При желании увеличить влажность среды в каменку засыпают большее количество камней и увеличивают мощность нагревателя, нагревающего засыпку. В каменках же сухого пара каменную засыпку сводят к минимуму. Например, для средней по размерам каменки масса загруженных камней, по данным зарубежных фирм, может изменяться в пределах от 5 до 60 кг. Кроме электрических, имеются каменки непрерывного действия, работающие на жидком и газообразном топливе. Модель каменки "Васта" (ФРГ) выпускается 6-ти размеров, рассчитанных на обслуживание саун объемом от 6 до 40 м³. Масса загружаемых в нее камней - от 45 до 70 кг, температура их разогрева до 400 - 450°С, высота печей - от 750 до 1200 мм. Печь может поставляться с горелками для жидкого и газообразного топлива; на рис. 101 показана конструкция каменки, работающей на жидком топливе. Каменка прямоугольная, в ней имеется внутренний корпус, в нижней части которого размещена горелка горшечного типа. Жидкое топливо поступает самотеком к верхнему обрезу цилиндрического горшка, где растекается по периметру и в виде тонкой пленки стекает по внутренней стенке. Через систему отверстий внутрь горшка засасывается первичный воздух, в потоке которого осуществляется газификация топливной пленки. Основное горение происходит в камере сгорания 1, в которую через кольцевой зазор поступает вторичный воздух. Продукты сгорания топлива по двум перепускным газоходам 2 перетекают в задний отсек 3, спускаются по нему и затем по центральному патрубку 4 отводятся наружу.

Рис 101. Цельнометаллическая печь-каменка 'Васта': 1 - камера сгорания; 2 - перепускной газоход; 3 - задний отсек; 4 - подъемный газоход; 5 - съемная прочистка; 6 - запальник; 7 - горелка

Камни укладываются на крышку топочной камеры и нагреваются за счет теплопередачи через крышку и от стенок перепускных каналов 2. Окружающий воздух поступает в нижнюю зону печи и, поднимаясь по каналам, нагревается от раскаленных стен топливника и задней секции. Далее он проходит через слой засыпки из камней и поступает в помещение. Изготовляются и каменки аналогичной конструкции, работающие на природном и сжиженном газе. Для отопления печи используются газовые инжекционно-диффузионные горелки, сходные по конструкции с горелками, применяющимися в отечественных газовых отопительных котлах. Горелки оснащаются автоматикой контроля и безопасности.

В Финляндии выпускаются модели каменок повышенной теплоемкости, в которые загружается большое количество камней, а разогрев их производится до высокой температуры, 6 типоразмеров таких каменок, выпускаемых в Финляндии, обслуживают сауны объемом от 8 до 35 м³, масса загружаемых в них камней - 80 - 800 кг, температура разогрева камней достигает 1100°С. Каменки размещаются на расстоянии 600 - 1200 мм от стены.

По соображениям пожарной безопасности все зарубежные сауны оснащаются автоматическим регулятором температуры в помещении, ограничителем температуры, отключающим электронагреватель при достижении температуры 140°С, реле времени, отключающим нагреватель через каждые 5 ч непрерывной работы, силовым трехполюсным выключателем.

В нашей стране во ВНИИЭТО разработана электрокаменка, которую выпускает Новосибирский завод электротехнического оборудования. В ней может нагреваться воздух для суховоздушной финской бани или вырабатываться пар для русской бани. Мощность электронагревателя 12 кВт.

Каменка (рис. 102) состоит из металлического корпуса 1, в который помещена камера 2 с ТЭНами (трубчатыми электронагревателями) 3. На крышку камеры уложены камни до верха корпуса. Подлежащий нагреву воздух поднимается вверх двумя потоками: основной проходит внутри корпуса через каменную засыпку, второй поток следует по кольцевому зазору, окружающему кожух. Вход воздуха осуществляется через перфорационные отверстия 6. Практика выявила недостатки таких электрокаменок: ввиду высокой температуры электронагревателей на них может происходить пригорание пыли, содержащейся в воздухе, что вызывает неприятный запах в помещении. Для предотвращения этого явления, а также с целью некоторого увлажнения воздуха в каменный массив иногда вделывают открытую сверху водяную емкость, при нагреве вода испаряется и увлажняет нагретый воздух. А непосредственно перед банной процедурой горячей водой смачивают камни, смывая пригоревшую пыль. Обычно в печах длительного нагрева со сжиганием топлива каменная насадка открыто засыпается на глухую крышку печи, которая снизу обогревается раскаленными дымовыми газами. Таким образом, камни отделены от газов и попадание сажистых частиц в помещение парной исключено. Материалом насадки служит обычный булыжник, вниз кладут крупные фракции (8 - 10 см), сверху накладывают мелкие (5 - 8 см). Для уменьшения прямого излучения раскаленных камней слой их может быть несколько утоплен в массиве печи.

Рис. 102. Электрокаменка ВНИИЭТО разработки: 1 - корпус; 2 - камера; 3 - ТЭНы; 4, 5 - внутренняя и наружная обечайки; 6 - отверстия; 7 - изоляторы; 8 - кронштейны

Описанные печи требуют либо значительной затраты электроэнергии (в среднем 10 кВт), либо надежно действующей автоматики управления горением топлива. Поэтому наиболее приемлемыми для индивидуальных и малых сельских бань являются теплоемкие кирпичные печи периодического действия, имеющие достаточно массивную внутреннюю кирпичную кладку. Это объясняется следующими достоинствами теплоемких печей; после топки в массиве кладки аккумулируется значительное количество теплоты, достаточное для продолжительной работы бани, кладка защищает наружную стенку от перегрева и снижает ее температуру; благодаря интенсивной топке каменная засыпка может быть нагрета до высоких температур (1000 - 1100°С в нижней и до 500 - 600°С в верхней части). Если в результате неполного сгорания в газах появится сажа и она осядет на поверхности камней, то при столь высоких температурах сажистые частички могут быть выжжены, поэтому для теплоемких печей-каменок периодического действия допустимо использовать более простую конструкцию с пропуском продуктов сгорания непосредственно через каменную засыпку (рис. 103). Топливник печи перекрыт сверху кирпичными арками с промежутками между арками шириной 5 - 8 см; на арки засыпаны камни. Дымовые газы из топливника через прогары в арках омывают засыпку, прогревая ее, далее поступают в опускные колодцы, после чего из общего сборного дымохода отводятся в дымовую трубу. Камера над арками с засыпкой сообщается с помещением парильной откидной дверцей. Когда требуется получить пар, открывают дверцу и окатывают раскаленные камни водой из шайки; образующийся пар вырывается в парильную. Неиспарившаяся вода по откосу стекает обратно в парильную. Арки каменки выкладывают из огнеупорного кирпича.

Рис. 103. Печь-каменка: 1 - топочная дверка; 2 - поддувальная дверка; 3 - решетка колосниковая; 4 - топливник; 5 - щелевая арка; 6 - огнеупорный кирпич

Каменка индивидуального изготовления, в которой каменная засыпка отделена от газов металлической перегородкой, показана в прил. 14, б. Печь имеет длину 102 см (4 кирпича), ширину 115 см (4,5 кирпича), высоту 203 см (29 рядов кладки), наружный объем 2,3 м³, топливник выкладывается из огнеупорного кирпича, остальной массив - из красного. Топливник объемом ОД 1 м³ снабжен колосниковой решеткой размером 38×48 см. Работа печи заключается в следующем; топочные газы, омывая дно камеры, попадают в вертикальные газоходы и доходят до верха камеры. Затем газы перемещаются в параллельные боковые газоходы и, обогревая боковые стенки, доходят до дна камеры. Отсюда через подъемный газоход газы направляются в дымовую трубу.

В печи (прил. 14, в) в качестве разделительной перегородки между газами и камнями используется отработанный чугунный пищеварочный котел. Эта печь, так же как предыдущая, может отапливаться углем, что делает ее применимой для безлесных районов. Ввиду того, что каменная засыпка отделена от газового пространства, исключено просачивание воды в топку.

Все эти типы каменок служат для отопления бани и выработки пара, но наиболее универсальными являются конструкции печей, которые могут служить не только для отопления и выработки пара, но в которых еще можно получать нагретую воду для мытья.

К таким печам относится банная печь конструкции А. Суздальцева (рис. 104). Она имеет внутренний топливник и присоединенную к нему камеру с засыпкой из камней, отгороженную чугунной плитой. Водонагреватель 5 (сварной бак из оцинкованной стали) располагается в верхней части печи. Нижний массив печи имеет специальные каналы дли нагрева воздуха в помещении. Конструкцией предусмотрела работа печи в двух режимах: с открытым и закрытым дроссель-клана ном, В первом режиме дымовые газы идут по пути меньшего сопротивления, минуя каналы в колпак и по каналам колпака - к водогрейному баку 5. Дымовые газы, выходя через проем 6, попадают в верхнюю часть вертикального канала 4, соединяющегося с нижним каналом 3. Наряду с этим дымовые газы, выходя из проема и направляясь по кратчайшему пути в трубу и засасывают с собой воздух из вертикального канала (и из всех других, последовательно с ним соединенных). Во втором режиме газы поступают в дымоход, затем опускаются по боковому каналу в нижний канал 3, откуда поднимаются по вертикальному каналу 4 и направляются в дымовую трубу.

Рис. 104. Каменка конструкции А. Суздальцева: 1 - топливник; 2 - засыпка из камней; 3 - нижний канал; 4 - вертикальный канал; 5 - водогрейный бак; 6 - проем

Во втором режиме печь начинает работать через 20 - 30 мин после начала топки. При этом дымовые газы идут через нижние каналы, обеспечивая нижний прогрев печи.

В каналы колпака горячие газы попадают в силу газового напора и охладившись за счет теплообмена с баком, опускаются вниз.

После топки дроссель-клапан открывается, а дымовые заслонки закрываются. При этом усиливается теплообмен между разогретыми массивом печи и водогрейным баком.

Печь отличается малой теплоемкостью и развитыми поверхностями для нагрева воды. Поэтому разогрев ее (от холодного до рабочего состояния) происходит за 5 - 6 ч. Нагрев воды происходит после окончания топки в течение 4 - 6 ч. Ввиду того что дымовые газы нагревают камни через чугунную плиту, в печи можно сжигать любые виды топлива. Наличие двух ходов позволяет перераспределять теплоту, идущую на отопление и приготовление горячей воды. Учитывая небольшой расход материалов, печь может быть рекомендована для сельского строительства. Основные конструктивные характеристики и эксплуатационные показатели (по данным испытаний) печи конструкции А. Суздальцева следующие:

Недостатком печи конструкции А. Суздальдева является то, что для ее сооружения необходимы дефицитные комплектующие материалы: чугунная плита для камней и оцинкованная сталь для изготовления водогрейного бака. Поэтому одним из вариантов может быть печь с использованием в качестве водогрейных устройств стандартных элементов (например, отопительных радиаторов). Пример такой каменки показан на рис. 105. В зависимости от положения заслонок 8 печь может работать в отопительном (с прогревом каменки) или в комбинированном режиме. После разогрева нижних и боковых поверхностей печи заслонки 1 и 5 открываются, а заслонки 8 закрываются. Газы из топки (омыв радиаторы 6) направляются в задний опускной газоход, из которого по двум восходящим каналам следуют к металлическому ящику с засыпкой из камней. После обогрева камней охлажденные газы через открытую заслонку 5 направляются в дымовую трубу. Ящик с засыпкой опирается на подковообразную кладку в задней части печи. Открытием заслонок 8, 1 и 5 можно регулировать степень обогрева наружных стен печи или засыпки из камней.

Рис. 105. Универсальная печь-каменка с выработкой горячей воды для мытья 1, 6 - верхние заслонки; 2 - топочная дверка; 3 - поддувало; 4 - зольник; 6 - радиатор; 7 - колосниковая решетка; 8 - заслонка

Несомненный интерес представляет банная печь-каменка.

Печь-каменка конструкции А. Ф. Филичко. Каменка предназначена для топки углем, размеры ее 84×59 см. Ее особенностью является быстрый ввод в действие. Большинство каменок периодического действия нужно сначала протопить, добиться требуемой температуры в помещении бани и только после этого можно начинать мыться. Данная конструкция позволяет значительно сократить время подготовки бани к мытью. Мыться можно начать вскоре после растопки печи, причем топку ведут непрерывно и не прекращают во время мытья. Пропускная способность бани с такой печью увеличивается. Такая банная печь гигиенична, так как нагрев засыпки производится без пропуска через нее дымовых газов, а путем теплопередачи теплоты через поверхность железной плиты, на которую загружена засыпка. В качестве засыпки используется чугунный металлолом, а не камни. Поскольку чугун имеет меньшую по сравнению с камнем теплоемкость и гораздо большую теплопроводность, он быстрее нагревается; засыпка не остывает после того, как ее обливают водой, так как печь топится непрерывно.

Когда засыпку обливают подогретой водой, то получают требуемое для парильной количество пара. В конструкции предусмотрен водогрейный бачок (для горячего водоснабжения); во время топки вода в нем постепенно испаряется и бачок нужно периодически пополнять (производить его подпитку).

Эту каменку непрерывного действия можно рекомендовать для индивидуальных застройщиков и для общественного пользования (на полевых станах, в бригадах, рабочих поселках и поселках сельской местности).

Пользуясь чертежами нерядовой кладки (прил. 13), банную печь можно сложить самостоятельно.

На рис. 106 изображен фасад печи, а в прил. 13 еще и разрезы А - A, Б - Б, В - В. Каменка в металлическом футляре выкладывается из 16 рядов (от уровня пола до потолочной разделки). При кладке печи в грунте сооружается фундамент глубиной 75 см и на расстоянии 7 см ниже уровня грунта прокладывается гидроизоляция (в два слоя толя). На разрезе А - А видно устройство зольниковой камеры, над которой поперек топливника устанавливается колосниковая решетка (30×20 см). Над топливником высотой 28 см устанавливают железную плиту толщиной 2 см, на которую (для увеличения массы) кладут чугунный металлолом.

Рис. 106. Банная печь конструкции Ф. Ф. Филичко

Рядом с зольниковой камерой и топливником устанавливают сварной бачок (52×20×45 см) для нагрева воды.

При топке топливника каменным углем (в связи с чем обмуровка топливника выполняется из огнеупорного кирпича) горячие газы и пламя накаляют железную плиту и металлолом, затем омывают бачок для нагрева воды (ход газов показан на разрезе А - А стрелками) и опускаются почти до уровня пола. Последующее движение дымовых газов показано на разрезе В - В стрелками (снизу вверх и далее в дымовую трубу).

На разрезе А - А видно расположение печных приборов: поддувальной и топочной дверок, колосниковой решетки, железной плиты, дверки паровой камеры, дымовой заслонки. Габариты паровой камеры 37×32×37 см.

На разрезе Б - Б изображена установка колосниковой решетки над зольниковой камерой.

1-й ряд кладки от уровня грунта сооружают из кирпичей, уложенных плашмя в металлическом футляре.

2-й ряд выкладывают из кирпичей, установленных на ребро, а над ними укладывают плашмя ряд в 1 кирпич, на который устанавливают поддувальную дверку, бачок для нагрева воды и обогревательный щит (обмурованный огнеупорным кирпичом).

3-м рядом из кирпичей, установленных на ребро, закрепляют поддувальную дверку, укладывая над нею плашмя ряд в 1 кирпич (вровень с 3-м рядом кирпичей, установленных на ребро), затем поперек топливника кладут колосниковую решетку размером 30×20 см. Правую сторону бачка для нагрева воды, а также под вокруг колосниковой решетки (если он имеется) обмуровывают огнеупорным кирпичом и укрепляют ряд стальными полосами. Ширина обогревательного щита в 3-м ряду - 18 см.

4-м и 5-м рядами из кирпичей, уложенных на ребро, закрепляют топочную дверку; затем производят внутреннюю обмуровку топливника и обогревательного щита огнеупорным кирпичом, а также укладывают плашмя 1 ряд кирпичей над топочной дверкой (вровень с рядом кирпичей, установленных на ребро), а затем устанавливают перемычку между дымоходами (длина каждого - 17 см). Бачок для нагрева воды должен выступить наружу печи (для удобства черпания из него горячей воды). Пунктирные линии на 5-м ряду обозначают, что верхняя плоскость бачка для нагрева воды находится на 6,5 см ниже 5-го ряда кирпичей, установленных на ребро. На 5-й ряд кладут железную плиту толщиной 2 см (на чертеже не показана).

6-й ряд выкладывают из кирпичей, установленных на ребро, и один ряд в обогревательном щите - из огнеупорных кирпичей, уложенных плашмя. На этот ряд загружают (на высоту 12 - 18 см) чугунный металлолом на железную плиту толщиной 2 см.

7-й и 8-й ряды выкладывают из кирпичей, установленных на ребро, и закрепляют дверку паровой камеры. Над последним рядом прокладывают металлические пластины, показанные на чертеже пунктиром.

9-й ряд выкладывают из кирпичей, установленных на ребро и один ряд (обогревательного щита) - из кирпичей, уложенных плашмя.

10-й ряд выкладывают из кирпичей, уложенных плашмя; в обогревательном щите - из кирпичей, установленных на ребро, и прокладывают металлическую пластину, показанную на чертеже пунктиром.

11-й, 12-й, 13-й ряды выкладывают из кирпичей, установленных на ребро. Внутри 11-го ряда два ряда выкладывают из кирпичей, уложенных плашмя. В 11-м ряду ширина обогревательного щита составляет 18 см, На 12-м ряду прокладывают стальные полосы и металлическую пластину, показанную на чертеже пунктиром, на 13-м - только стальные полосы.

На 14-м ряду устанавливают дымовую заслонку и продолжают кладку с таким расчетом, чтобы 15-й ряд стал предпоследним, а 16-й - прижал асбест к деревянному потолку.

На потолке и на крыше выкладывают дымовую трубу из 5 рядов кирпичей, уложенных плашмя (на крыше - с заделкой и карнизной шапкой) или устанавливают дымовую трубу облегченного типа, выпускаемую промышленностью.