Глава 9. Проектирование и изготовление печей, их эксплуатация и ремонт

43. Проектирование печного отопления

При расстановке печей в помещении следует стремиться к тому, чтобы печи располагались преимущественно у внутренних капитальных стен и число их было минимальным.

Одна печь может отапливать не более трех смежных помещений. При этом должно быть соблюдено условие, чтобы теплоотдача выходящей в каждое помещение части нагревательной поверхности печи возмещала теплопотери помещения. Если теплоотдача выбранной печи превосходит теплопотери помещения более чем на 15%, то необходимо выбирать печь меньших размеров. Применение печей с большей теплоотдачей допускается в том случае, если установка печи больших габаритов оказывается необходимой по условиям теплоустойчивости помещений.

Для отопления кухни, жилых комнат, подсобных помещении печи следует группировать в так называемый тепловой узел. В этом случае дымоходы объединяются в один кирпичный стояк. Стоимость печных работ при такой планировке становится меньше.

Не рекомендуется устанавливать печи у наружных стен, так как это осложняет и удорожает работы по возведению дымовых труб. Печь по возможности должна стоять открыто и свободно обогревать помещение.

Теплоотдача переведенных на газ печей может рассчитываться исходя из площади их теплопередающей поверхности и числа топок в сутки. При одной топке в сутки следует принимать количество теплоты, снимаемой с 1 м² теплопередающей поверхности, 290 - 360 Вт, а при двух топках в сутки - 590 - 600 Вт.

При выборе печи следует учитывать особенности санитарно-гигиенических требований для разных помещений.

В детских и лечебных зданиях допускаются к установке печи с умеренным прогревом стенок, температура теплопередающих поверхностей которых не превышает 90°С.

В жилых и школьных зданиях возможно применять печи повышенного прогрева. В момент максимального прогрева эти печи могут иметь следующие температуры на теплопередающей поверхности: 100 - 110°С на площади, равной не более 15% площади общей поверхности печи; 110 - 120°С на площади, которая составляет не более 5% площади общей поверхности печи.

Средняя температура всей теплопередающей поверхности печи в момент максимального прогрева не должна превышать 90°С.

В служебных, конторских, складских помещениях разрешается устанавливать печи с температурой теплопередающей поверхности свыше 120°С. Однако при этом печь должна иметь экранирующее ограждение в виде кожуха, который предохранял бы людей от ожогов при случайном соприкосновении.

Во всех случаях преимущественно должны применяться печи с нижним прогревом как наиболее рациональные по распределению температур.

В помещениях, где требуется поддержание постоянной температуры воздуха, необходимо устанавливать газовые отопительные печи с непрерывным режимом топки в течение суток, например кирпичную печь АКХ-14 с горелкой АКХ-СМЗ.

В сейсмических районах следует применять легкие печи в металлических каркасах. В случае необходимости применения теплоемких печей последние заключаются в металлические футляры. В этих районах нельзя применять насадные кирпичные трубы, а коренные трубы необходимо заключать в металлические каркасы.

Подбор печей периодического действия должен производиться из расчета определенного количества топок печи в течение суток:

для средней полосы - 2 раза в сутки;

для северных широт с расчетной температурой минус 35°С и ниже - 2 раза в сутки при увеличенной продолжительности топки;

для южных районов, имеющих расчетную температуру для отопления 5°С и выше, - 1 раз в сутки.

Каждая газовая печь периодического действия должна иметь обособленный дымоход. Однако в существующих жилых домах допускается присоединение к одному дымоходу до трех газовых бытовых печей, расположенных на одном или разных этажах, при условии ввода продуктов сгорания в дымоход на различных уровнях, не ближе 50 см друг от друга или устройства в дымоходе (на такой же высоте) рассечек.

Отвод продуктов сгорания может производиться в стеновую, коренную или насадную трубу. Газовые печи непрерывного действия рекомендуется присоединять к общим дымоходам, выполненным из асбестоцементных труб, утепленных вверху чердачного помещения шлаковатой или асбестовой крошкой. При проектировании дымоходов в наружных стенах зданий расстояние от внутренней поверхности дымохода до наружной поверхности стены принимается не менее 64 см. Наружная поверхность дымохода должна быть оштукатурена.

Расчет теплопотерь помещений рекомендуется производить в соответствии со строительными нормами и правилами.

Однако можно использовать для расчета теплопотерь и более простые приближенные методы. Теплопотери определяют по следующим формулам:

для угловых помещений

для неугловых помещений

где Q - теплопотери помещения, Вт/град; F - площадь пола, м²; k - коэффициент теплопередачи наружных стен, Вт/(м²·град); 125 и 80 - эмпирические коэффициенты.

Формулы получены исходя из наружной расчетной температуры минус 30°С.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·град), наружных стен при различных их конструкциях принимается следующим:

при кирпичной стене толщиной 2¹/₂ кирпича...1,03

при деревянной стене брусковой толщиной 0,18 м с внутренней штукатуркой...0,81

при шлакобетонной блочной с камнями размером до 0,4 м ...0,81

Указанные выше формулы применяются для определения теплопотерь в помещениях высотой 2,5 м. Если помещения имеют большую высоту, то полученные значения теплопотерь увеличивают на 10%. Для помещений с двумя внешними углами величину теплопотерь также увеличивают на 10%.

Предлагаемыми приближенными формулами можно пользоваться при расчете теплопотерь в зданиях, расположенных в климатических районах с расчетной наружной температурой минус 30°С. Для других климатических районов с различными наружными температурами при определении теплопотерь вводят поправочные коэффициенты:

при минус 35°С...1,35

от минус 10 до минус 35°С...0,85

выше минус 10°С...0,75

Теплоотдача печей может рассчитываться исходя из их площади теплоогдающей поверхности и числа топок в сутки.

Данные по теплоотдаче обычно приводятся в паспорте печи; при отсутствии таких данных следует принимать при одноразовой топке теплоотдачу равной 290 - 350 Вт/м², а при двухразовой топке - 520 - 580 Вт/м².

Если печь имеет закрытые поверхности, обращенные в отступки, то теплоотдача от них в помещение рассчитывается с учетом поправочного коэффициента, который в зависимости от размеров и конструкции отступок принимается нижеследующим:

при закрытых с боков, но открытых вверху и внизу поверхностях ...1

при ширине 13 см и более открытых с обеих сторон поверхностей ...1

при ширине от 7 до 13 см открытых с обеих сторон поверхностей ...0,75

закрытых с боков и со дна, с нижней решеткой и открытых вверху поверхностях...0,75

закрытых поверхностях с нижней и верхней решетками ...0,5

При применении газовых печей периодического действия необходимо также производить расчет теплоустойчивости помещений. Это объясняется следующими обстоятельствами.

Жилые дома, в том числе я с печным отоплением, имеют различную толщину наружных стен, перекрытий полов. Кроме того, материалы, используемые для строительства домов (кирпич, дерево, шлакоблоки и т. д.), резко отличаются по своим теплотехническим свойствам. Поэтому при одинаковых наружных температурах одни строения будут лучше сохранять теплоту, полученную от нагрева печи, другие хуже. Далее, сами печи периодического действия имеют различные габариты, массу, толщину стен и по-разному в процессе остывания отдают теплоту, саккумулированную во время топки. Печи малогабаритные и тонкостенные быстро нагреваются и быстро остывают. Печи больших габаритов и с большими по толщине стенками медленно нагреваются и более равномерно отдают теплоту воздуху и стенам помещения. Колебание температуры в помещениях всегда зависит от числа топок в сутки. Таким образом, когда в жилых домах установлены печи периодического действия, то колебание температуры воздуха в них в течение суток зависит в основном от характеристики ограждающих конструкций, теплоаккумулирующего массива печи и числа топок в сутки.

Проверка теплоустойчивости помещений при печном отоплении требуется только для жилых домов, а также для детских и лечебных учреждений.

Теплоустойчивость помещений определяется величиной амплитуды колебаний температуры комнатного воздуха за промежуток времени от одной топки до другой. Например, на графиках (рис. 137) показано, что при одной топке печи в течение суток (рис. 137, а) температура в помещении изменяется от 14 до 24°С. Средняя температура равна 19°С, а амплитуда колебания, т. е. отклонение температуры от среднего значения в большую или меньшую сторону, равна 5°С. Если печь топить 2 раза в сутки (рис. 137, б), но сжигать за две топки примерно столько же газа, сколько и в первом случае, то при одинаковой средней температуре в помещении амплитуда колебания уменьшится и станет равной 2,5°С.

Рис. 137. Кривые изменения температуры воздуха в помещении при печном отопления: а - при одной топке в сутки; б - при двух топках в сутки

При проектировании газового печного отопления необходимо так выбрать теплоотдачу и габариты печей, чтобы амплитуда колебания внутренней температуры помещения не превышала d=3°C

Определение амплитуды колебаний температуры воздуха в помещениях с печным отоплением рекомендуется производить по формуле Л. А. Семенова

где М - коэффициент неравномерности теплоотдачи печи при двух топках в сутки; Q - расчетные теплопотери помещения, Вт; α_в - коэффициент теплоотдачи от воздуха помещения к внутренней поверхности ограждения; для стен, полов и потолков α_в может быть принят 7,5 Вт/(м·град); y_в - коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения¹ при двух топках в сутки, Вт/(м²-град); F₀ - площадь внутренней поверхности теплопоглощения ограждающих конструкций (стен, полов, потолков, дверей, окон), м².

¹ (Под коэффициентом теплоусвоения определенного строительного материала следует понимать способность этого материала с различной степенью интенсивности воспринимать теплоту от более нагретых тел или воздуха, а также отдавать теплоту менее нагретым телам или более холодному воздуху. Например, если прикоснуться рукой в комнате к шкафу, то он покажется более холодным, чем полотенце. Зеркало будет еще холоднее, а металлическая ручка двери окажется самой холодной. Это объясняется тем, что металлические предметы более теплопроводны и значительно быстрее отнимают (усваивают) теплоту от поверхности руки.)

Если при расчетах окажется, что амплитуда колебаний температуры превышает ±3°С, то это значит, что выбранная печь не обеспечивает теплоустойчивости помещения и должна быть заменена другой. Новая печь должна иметь меньший коэффициент неравномерности теплоотдачи М (табл. 21).

Таблица 21. Коэффициент неравномерностни теплоотдачи М

Для упрощения вычислений ниже приведены значения дроби

для наиболее распространенных

строительных ограждений:

Кирпичная со штукатуркой:

на холодном растворе...5,17

на теплом растворе...5,11

Деревянная (рубленая, брусковая):

без штукатурки...3,6

со штукатуркой...4,3

Конструкция, состоящая из сухой органической штукатурки толщиной 20 мм, воздушной прослойки, кирпичной кладки...3,84

Стена кирпичная на холодном растворе со штукатуркой...5

Деревянная стена (рубленая, брусковая):

без штукатурки...3,4

со штукатуркой...4,2

Дощатая перегородка толщиной 40 мм:

без штукатурки...2,9

со штукатуркой...4,2

Деревянный потолок без штукатурки при толщине более 25 мм...3,6

Конструкция, состоящая из:

штукатурки известковой толщиной 20 мм и подшивки дощатой толщиной более 20 мм...4,3

фанеры толщиной 5 мм, воздушной прослойки и горбылей толщиной более 20 мм...2,7

Фибролитовый потолок со штукатуркой...3,94

На лагах над холодным подпольем и утепленные при толщине верхнего настила более 25 мм...3

Деревянный половой настил толщиной более 25 мм в междуэтажном перекрытии...2,8

Асфальтовый или бетонный...4,4

Окна и застекленные двери:

при одиночных переплетах...5,8

при двойных переплетах...2,67

Двери деревянные внутренние...2,9

Расчет печного отопления на газообразном топливе производят в следующем порядке.

1. Определяют теплопотери помещений.

2. Подбирают, газовую отопительную печь соответствующей теплопроизводительности.

3. Производят расчет теплоустойчивости помещений. Если в проекте принимаются газовые печи непрерывного действия, то необходимость в расчете теплоустойчивости помещения отпадает. Теплопотери помещения следует определять при той температуре наружного воздуха, которая принимается для центрального отопления.

Рис. 138. Пример отопления двух помещений одной печью

Пример 1. Имеются две жилые комнаты (рис. 138) в одноэтажном рубленом деревянном доме с внутренней штукатуркой. Печь, эксплуатирующаяся на твердом топливе, установлена возле внутренней стены. Высота помещений 2,5 м, размеры окон - 1,3×1,4 м, дверей - 0,9×2 м. Наружная температура минус 30°С. Требуется перевести печь (с габаритами 110×51×215 см) на газообразное топливо, а также рассчитать теплопотери и теплоустойчивость помещения.

Теплопотери помещений будут следующими:

для углового помещения 1

Коэффициент теплопередачи принят k=0,81 Вт/(м²·град), а площадь F=14 м² взята из рис. 138.

Для неуглового помещения 2 площадью F=16 м³ теплопотери равны

Суммарная тешюпотеря двух помещений, которые отапливаются одной печью, равна

Указанная на рис. 138 печь имеет площадь в плане 1,1×0,51=0,66 м², т. е. она относится к печам средних габаритов от 0,5 до 0,7 м². Площадь теплопередающей поверхности этой печи равна произведению активной высоты (∼1,6 м) на периметр (3,32 м)

При двух топках в сутки можно принять среднюю теплоотдачу печи с площади 1 м² равной 520 Вт.

Средняя теплоотдача этой печи на газе будет равна

Следовательно, эта печь по тепловой мощности достаточна, чтобы обогреть оба эти помещения. Теперь необходимо проверить, достаточна ли площадь теплопередающей поверхности печи, выходящая в каждое помещение.

На рис. 138 показана привязка печи к помещениям 1 и 2. Боковая сторона печи, обращенная к стене, отступает от нее на 15 см, поэтому теплоотдача ее принимается как для открыто стоящей печи с отступкой, закрытой с боков и открытой снизу и сверху, т. е. с поправочным коэффициентом, равным 1.

Площадь теплопередающей поверхности печи, выходящая в помещение 1 равна

Помещению 1 не хватает теплоты Q′-Q′^сp_ч=1415-1355=60 Вт. Эта недостача допустима (в пределах 5-8% от теплопотерь помещения).

Площадь теплопередающей поверхности печи, выходящая в помещение 2, равна

Помещение 2 получает теплоты больше

Расчет теплоустойчивости помещений производится по формуле

Значения M, B, F₀ берутся из табл. 21 и рис. 138

Площадь наружных стен F′_пар=16,85 м²

.

Площадь внутренних стен F′_вн=15,9 м²

Площадь потолка F′_пот=14 м²

Площадь двери F′_дв=l,8 м²

Площадь пола F′_пол=14 м²

Площадь окна F′_oк=1,85 м²

Общая теплопотребность помещения 1 ΣBF₀=253,7 Вт/град.

Коэффициент неравномерности теплоотдачи для печи принимаем по табл. 21. При активном объеме печи, равном V_акт=Н_акт·l·b=1,6·1,15·0,51=0,94 м³, а также толщине стенок топливника и дымооборотов, равных 12 см, коэффициент неравномерности можно принять ∼ 0,3.

Амплитуда колебаний температуры воздуха в помещении 1

Площадь наружной стены F″_нар=8,15 м²

Площадь внутренних стен F″_вн=28,2 м²

Площадь потолка F″_пот=1,6 м²

Рис. 139. Расположение многооборотной голландской отопительной печи и кухонного очага в одноэтажном жилом доме

Площадь пола F″_пол=16 м²,

Площадь двери F″_дв=l,8 м²

Площадь окна F″_ок=1,85 м²

Общая теплопотребность помещения 2 ΣBF₀=280,75 Вт/град.

Амплитуда колебаний температуры воздуха в помещении 2

Проверка теплоустойчивости помещений показала, что переведенная на газ существующая печь способна поддерживать почти постоянную температуру воздуха в помещениях, колебания которой в течение суток составляют 0,8 - 1,2°С.

В том случае, если в акте обследования этой печи было указано, что кладка ее непригодна для эксплуатации на газе, то в проекте необходимо указать, что печь следует разобрать и на ее месте выложить прямоточную газовую печь АКХ-14.

Активный объем кладки печи АКХ-14 равен:

а коэффициент неравномерности при двух топках в сутки, согласно табл. 21, равен ∼ 0,42.

Для помещения 1 с печью АКХ-14

Для помещения 2 с печью ARX-14

Пример 2. Жилой дом (рис. 139) состоит из четырех комнат: столовой, спальни, детской и кухни. Высота помещений 2,5 м. Наружные стены сложены из шлакобетонных блочных камней толщиной 40 см. Наружная расчетная температура - минус 30°С. Размер окон 1,32×1,2 м, и 0,6×0,9 м, наружной двери' - 0,9×1,8 м, внутренней - 0,8×1,8 м. Коэффициент теплопередачи стоп k=0,81 Вт/(м²·град). Для приготовления нищ" установлен кухонный очаг, для отопления - многооборотная голландская печь размером 102·102·220 см.

Требуется газифицировать тот жилой дом с учетом перевода печного отопления на газ,

При составлении проекта газификации дома следует предусмотреть установку в кухне четырехконфорочной газовой плиты взамен кухонного очага.

Расчет теплопотерь помещений:

столовой - Q₁ - 125·0,81·11 1110 Bт.

спальни - Q₂ - 125·0,81·15 1510 Вт.

детской - Q₃ - 125·0,81·12 1220 Вт.

кухни - Q₄ - 125·0,81·14 1415 Вт.

Общие теплопотери дома QΣ=5250 Вт. Указанная на рис. 139 печь имеет общую высоту 220 см и активную высоту 1,7 м.

Площадь теплопередающек поверхности печи равна

При двух топках в сутки принимаем среднюю теплоотдачу с площади в 1 м² равной 520 Вт.

Общая средняя теплоотдача печи равна

Следовательно, эта печь по тепловой мощности недостаточна, чтобы обогреть все помещения данного жилого дома. Поэтому необходимо голландскую печь разобрать и на ее месте установить две газовые отопительные печи AKX-14 с общей теплоотдачей 5100 Вт.

Для отводя продуктов сгорания от этих печей целесообразно выложить одну коренную трубу, расположенную вблизи передних стенок печей. В месте ввода продуктов сгорания в дымоход следует предусмотреть рассечку.

Проверим, достаточна ли площадь теплопередающей поверхности печей, выходящая в каждое помещение,

Эти два помещения соединены между собой и составляют как бы одно общее помещение.

Общая площадь теплопередающей поверхности печей, выходящая в эти помещения, равна

Средняя теплоотдача ее равна

Столовой и кухне не хватает теплоты

Однако недостаток теплоты может компенсироваться бытовыми тепловыделениями при работе 4-конфорочной газовой плиты.

Общая площадь теплоотдающей поверхности печей в этой комнате равна:

Средняя теплоотдача ее равна поверхности

В спальне величина теплопотерь превышает теплоотдачу от поверхности печей на 95 Вт

Нехватка теплоты составляет всего 6% от теплопотерь спальни и является допустимой.

Площадь теплопередающей поверхности печей равна

Средняя теплоотдача ее равна

Разность между тешюпотерями и теплоотдачей

Нехватка теплоты составляет ∼ 5% и не выходит из пределов нормы.

Для проверки теплоустойчивости помещений определяем коэффициент неравномерности теплоотдачи печи АКХ-14.

Активный объем печи

Коэффициент неравномерности M=0,42.

Для столовой и кухни

Для спальни

Для детской