П. Л. Федоров. Печное ремесло

Известно, что теплота, необходимая для поддержания жизни чело­века и животных, только отчасти воспринимается организмом из ок­ружающего воздуха, но главная часть вводится в организм на счел окисления углеводородных соединений, заключающихся в пищевых продуктах. Таким образом эти пищевые продукты играют в организме род топлива, дополняя необходимое количество теплоты для согрева­ния тела.

Надо, однако, заметить, что далеко не вся теплота идет на согрева­ние нашего тела, ибо часть ее, около 1/5, расходуется на механическую работу — движение и только 4/5 греет наше тело. Всякое увеличение работы движения неминуемо вызывает соответственное усиление про­изводства теплоты, а следовательно и увеличение потребности в пище.

Температура тела человека, млекопитающих животных и птиц всег­да постоянна и не зависит от климата. Нормальная температура нашего тела — 37°С, причем всякое повышение даже на 1° уже является признаком болезни, а на 5° сопровождается смертью.

Такое постоянство температуры тела здорового человека происхо­дит от способности его приспосабливаться к окружающей среде, или иными словами изменять производство собственной теплоты в зави­симости от окружающей температуры. Всякое повышение или пони­жение температуры воздуха уменьшает или увеличивает производство теплоты в нашем теле, в то же время уменьшая или увеличивая потреб­ность в пище. Вот почему жители северных стран едят больше, чем южане, и кроме того пища северян должна быть более питательна и богаче содержанием углеводородов, дающих тепло и силу.

Для нормально здоровых взрослых людей самая необходимая тем­пература окружающего воздуха 17° — 20°С, тогда как для слабых, малокровных, а также для детей, как более чувствительных, следует доводить ее до 20° — 20,5°С.

Для сохранения здоровья, однако, необходима не одна теплота, но также и достаточная чистота воздуха, а потому отопление жилых поме­щений должно преследовать две главные цели — нагревание и венти­ляцию.

Нагревание помещения производится горением топлива в особо

устроенных для того печах, а вентиляция в простейшем виде теми же печами или же особыми приборами, производящими потребную для очищения воздуха тягу.

Что касается количества теплоты, доставляемого данным топли­вом, то оно находится в зависимости от теплотворной его способности и полноты сгорания, т.е. достаточного притока воздуха и более или менее совершенного смешения его с горючими газами, развиваемыми сжигаемым топливом.

Приток воздуха должен быть достаточный, но не излишний. При избытке воздуха топливо будет неполно сгорать.

Полнотою сгорания измеряется количество тепла, даваемого топ­ливом, а степенью передачи этого тепла помещению определяется полезное действие нагревательного прибора, т.е. печи.

Зная количество тепла, образуемого топливом, и полезное действие нагревательного прибора, можно определить количество тепла, идуще­го на согревание данного помещения. Для того же, чтобы можно было правильно судить, насколько этой передачей тепла нагревается воздух помещения, необходимо знать условия, имеющие влияние на темпе­ратуру последнего во время нагревания, т.е. условия, производящие охлаждение помещения. Вообще, в вопросе об отоплении мы имеем дело с тремя главными факторами: нагревательной способностью топ­лива, конструкцией печей и условиями, при которых происходит ох­лаждение жилых помещений.

Топливо. К числу горючих веществ, служащих для отопления жи­лых помещений, принадлежат дрова, торф, уголь каменный, древес­ный, кокс. Отопление дровами наиболее употребительно и в большей части случаев предпочитается углю, коксу и торфу, хотя нагревательная способность последних много более древесного топлива, что видно из нижеследующей таблицы:

Дрова полусухие	ед. теплоты
Дрова сухие	«-»
Торф полусухой	«-»	3000 — 4000
Каменный уголь	«-»	7000 — 7500
Древесный уголь и кокс	«-»

Единицей теплоты называется количество теплоты, необхо­димое для нагревания одной весовой части воды на 1°С. В России для этого принято считать нагревание 400 г воды на 1°С.

Из приведенных данных видно, что 1 кг полусухих дров, при полном сгорании, способен нагреть 1 кг воды на 2800°С или наоборот: 700 г воды на 1 °С. Наибольшее число единиц теплоты дают древесный уголь и кокс, именно почти в три раза больше, чем дрова; каменный уголь — почти в два раза больше и наконец торф по своей нагреватель­ной способности только несколько превосходит сухие дрова.

Вообще, чем топливо сырее, т.е. больше содержит воды, тем будет меньше его нагревательная способность, так как при горении часть теплоты должна быть израсходована на выпаривание воды.

Относительно содержания воды (кг) в различных породах дерева имеются следующие опытные данные на 100 кг по весу дров:

Граб............................. 45 кг Сосна......................... 97,5 кг

Ива............................ 65 " Ольха.......................... 102,5 "

Береза......................... 75 " Липа............................. 117,5 "

Дуб.............................. 87,5 " Тополь.......................... 125 "

Ель............................... 92,5 "

Из этой таблицы видно, что менее всего содержит воды граб, за ним следует ива, береза и другие породы, а наибольшее количество воды содержит липа и тополь.

Химический состав различных пород дерева изменяется весьма слабо. Так можно принять, что средний состав лиственных пород сле­дующий: углерода — 49,37%; водорода — 6,28%; кислорода и азота — 44,35%. Для хвойных деревьев — углерода — 50,35%; водорода — 6,29% и кислорода и азота — 43,36%. Средний состав хвойных и лиственных: углерода — 49,53%; водорода — 6,28% и кислорода и азота — 44,19%.

Весовая теплопроизводительная способность дерева разных сортов почти одинакова; объемная же — прямо пропорциональна удельному весу, который будет:

Сосна сырая................................... 0,875 полусухая............................ 0,715	Липа сырая............................... 0,878 полусухая........... '... 0,580
Береза сырая................................. 0,945 полусухая............................. 0,640	Ясень сырой.............................. 0,920 полусухой........... 0,740
Ель сырая................................. 1,000 полусухая............................ 0,558	Бук сырой............................ 0,986 полусухой........... 0,721
Дуб сырой................................. 1,075 полусухой.......................... 0,780

На теплопроизводительную способность, как мы уже сказали выше, имеет громадное влияние содержащаяся в дереве вода; зола имеет такое же влияние. Для лиственных пород при влажности 20%, золы 1%, углерода 39,0%, водорода, кислорода и азота 35,04% — вычисленная теплопроизводительная способность равна 3350 единиц, если же иск­лючить воду и золу, то она будет равна 4254 единицам. Для хвойных пород при влажности 15%, золы 1%, углерода 42,30%, водорода 5,28%, кислорода и азота 36,42%—теплопроизводительная способность равна 3678, а за исключением воды и золы равна 4378 единицам.

Объем воздуха, теоретически необходимого для сжигания 1 кг дерева, равен 50 — 60 куб.м; практически же нужно вдвое более.

Дрова продаются в России мерой: кубическими саженями на юге, погонными метрами на севере и в средней полосе. При этом длина бывает 4 — 4,5 м (однополенные, швырковые), 0,7 м (для булочных), 108 м (шестичетвертовые) и 160 м (трехполынные). Оценка дров производится по породе дерева, сухости и способу доставки, причем дрова, которые заготовили на месте и они не были сплавлены водой (горные), ценятся дороже водоплавных и затем высушенных уже на берегу.

Вес в пудах одного кубического метра годовалых дров приблизи-

тельно следующий: сосновых — 80, березовых — 150, еловых — 105, ольховых — 140 и осиновых — 130 пудов.

Торф в продаже встречается в трех видах: резаный и в ы­сушенный, формованный и, наконец, прессо­ван н ы й. По составу торф различают: 1) смолистый торф, чернобурого цвета, дает сильный жар, удельный вес 0,620 — 1,030; 2) землистый или болотный, представляет собой ил, об­разовавшийся из торфа, горит хорошо, удельный вес 0,410 — 0,900; 3) волокнистый или дерновый, удельный вес 0,11 — 0,678. Состав торфа очень разнообразен. После просушки на воздухе горф содержит воды от 6 до 53%, золы 3 — 24%, углерода 50 — 60%, водорода 5 — 6% и кислорода и азота 30 — 40%. Для торфа без воды, в среднем, можно принять: углерода 54,56%, водорода 4,87%, кислорода и азота 33,27% и золы 7,30%.

Объем воздуха, необходимый для горения: теоретический 66 — 75 куб.м, практический 133 — 150 куб.м на 1 кг торфа.

Из ископаемых углей известны три главных вида: бурый уголь или лигнит, собственно каменный уголь и антрацит.

Лигнита бывает около 12 сортов, смотря по материалу, из которого он образовался и степени его переработки. В среднем состав его можно принять: воды 14,14%, золы 9,78, углерода 51,79, водорода 4,21, кис­лорода и азота 20,08. Теплопроизводительная способность — 4781, исключая же воду и золу — 6283 единицы. Сорта с содержанием воды более 50% для топлива не годятся.

Объем воздуха, необходимый для горения: теоретический 83 — 104, практический 166 — 208 куб.м.

Состав каменного угля и антрацита изменяется по месту добыва­ния. В России употребляется для отопления привозной уголь из Вели­кобритании и наши русские сорта, из которых донецкий антрацит считается наиболее чистым и богатым углеродом. Количество углерода колеблется между 66,08 и 84,08 %; водорода 5,21 — 5,58 %; азота 11,21 - 28,71 % и серы 0,28 — 3,30 %. Удельный вес 1,340 - 1,545.

Древесный уголь по своему составу отличается богатством углеро­да, которого содержит около 84%, водорода 2,67%, кислорода и азота 5,20%, воды 6,14% и золы 2,91%. Для полного сгорания угля нужно теоретически 104, практически 208 куб.м воздуха.

Торфяной уголь содержит углерода 71,87%, водорода 3,27%, кисло­рода и азота 11,28%, воды 5,82% и золы 7,76%. Объем воздуха, необхо­димого для горения: теоретический 91, практический 183 куб.м.

Состав кокса изменяется в зависимости от качества угля, из кото­рого он выжжен. В среднем кокс содержит: углерода 80,36%, водорода 0,89%, кислорода и азота 1,51%, воды 4,65% и золы 9,59%. Воздуха необходимо 100 и 200 куб.м.

Кроме твердого топлива, в некоторых местностях России употреб­ляется для отопления также жидкое топливо. Наиболее распространен­ным является нефть и продукты ее перегонки, начиная с температуры 150° до 400°; при этом получается дестилатов 30-40% общего веса. Из

них 4 - 5% бензина, остальные 25 - 30% составляют керосин, фотоген остающиеся густые остатки — мазут— идут на топливо

Чем больше удельный вес продуктов перегонки нефти, тем выше температура вспышки, а следовательно тем меньше огнеопасность. Ь этом отношении наиболее удобным по экономическим причинам и по температуре вспышки — мазут.

Состав нефти приблизительно следующий: углерода 84,65%, водо­рода 12,71%, кислорода и азота 2,64%. Теплопроизводительная спо­собность 10000. Объем воздуха, необходимый для горения нефти, 145 куб.м — практически весьма разнообразен и зависит от прибора, в котором происходит горение.

Советы истопнику. Дрова должны быть сухие, выдержанные, прошлогодней рубки, поленья приблизительно одинакового размера Толстые поленья не успеют прогореть, когда от топки уже останутся уголья.

Дрова укладываются наклонно, и когда они разгорятся, открывают дверцу от вьюшек, чтобы комнатный воздух, входя в трубу, уменьшал тягу. Одновременно с этим почти совсем закрывают дверцы топлив­ника.

Наиболее рациональный способ топки тот, при котором уголья не вполне сжигаются, но применять этот способ можно лишь в печах, снабженных герметической дверцей; поэтому после того, как процесс горения закончится, о чем свидетельствуют потускневшие уголья и отсутствие синеватого пламени, уголья пригребают к устью, а трубу закрывают; спустя час открывают душники.

Общий недостаток большинства печей состоит в том, что приток воздуха в них плохо регулируется: при отсутствии воздуха — печь дымит, при излишнем его количестве — сгорание дров происходит слишком быстро. Пламя ревет, образует искры, а тепло от горения уходит без пользы в трубу

Печи с вьюшками не дают возможности регулировки тяги; более рационально, когда печи, кроме вьюшек, снабжены еще и задвижками

Печи с одиночной дверцей выгоднее переделать, снабдив их двои ными. Этот расход будет немного меньше, чем трата топлива

Рано закрытая печка грозит опасностью угара. Синеватое пламя ь печи — верный признак присутствия угарного газа, который, не находя себе выхода наружу (при закрытой трубе), просачивается в комнат) грозя обитателям смертельным отравлением

Нагрев от сырых дров процентов на 30-35 меньше, чем от хорошс выдержанных. Дрова шипят, выделяя воду, чадят, пламя меркнет, и образуется едкий дым. Он мало-помалу скопляется в печной трубе выделяя сажу, портит воздух помещения, закупоривает трубу. Вместо нагрева приходится остужать помещение, открывая окно или форточ­ки. Топка такими дровами достигает как раз противоположной цели вместо тепла несет холод, вместо вентиляции и освежения воздуха получается его отравление.

Большое влияние на качество дров имеет расположение лесорубки Дрова, порубленные на сухой делянке, по качеству древесины всегда

будут стоять выше, чем дрова с низин. Различить одни от других не трудно. Действительно, за отсутствием подходящего питания, на хо­лодной сырой почве низин ни береза, ни сосна, ни ель не достигают полного своего развития. Кора их покрыта чешуйками мха, сердцевина дряблая, поленья корявые. На заболоченных низинах деревья прини­мают уродливый вид и не достигают даже средней толщины своей породы.

К «добротным» породам обыкновенно причисляются: береза и оль­ха, дающие лучшее топливо в нашей области. Принадлежа к плотным породам, береза сгорает медленно, «держит долго жар», дает плотный уголь.

Самыми плохими по своей невыгодности являются дрова осины. Это — «горе-дрова», дающие мало тепла и углей и слишком быстро сгорающие.

Не следует обольщаться и сравнительной дешевизной осиновых и еловых дров.

Напиленные дрова полезнее всего расколоть на мелкие поленья сразу, а не по мере потребления, особенно если имеется подозрение, что дрова не вполне выдержаны, в таком случае необходима скорейшая их расколка в целях лучшей и более быстрой просушки.

Горение. Горение, в общепринятом значении этого слова, есть такое действие атмосферного воздуха на горючий материал — дрова, уголь и пр., при котором получается тепло и свет. Количество света при горе­нии, однако, не находится в прямом отношении к количеству теплоты, и потому не то пламя наиболее горячо и сильно, которое ярко светит.

Не все случаи горения с образованием теплоты и света могут быть употреблены в практике для отопления. Для этого необходимо, чтобы при горении отделялось наибольшее количество теплоты, чтобы веще­ства, употребляемые для горения, доставлялись бы природой в боль­шом количестве и, наконец, чтобы продукты горения были летучи и выпускаемые в воздух не были вредны для животных и растений.

Вот почему в практике для получения теплоты употребляется иск­лючительно соединение углерода и водорода с кислородом атмосфер­ного воздуха. Последний представляет смесь нескольких газов и паров воды; содержание влаги постоянно меняется, смотря по состоянию атмосферы и местности. Главную составную часть воздуха составляют а з о т, приблизительно около 4/5, к и с л о р о д 1/5 и незначительные примеси углекислоты, аммиака и других газов, открытых в последние годы и мало исследованных в науке.

Из всех этих газов участвует в процессе горения только кислород; азот же не только не приносит никакой пользы горению, а напротив, нагреваясь от прикосновения с горящим телом, уносит некоторое ко­личество теплоты.

Определенное количество воздуха в состоянии поддержать горение только до тех пор, пока в нем есть свободный кислород, иначе горючее вещество погаснет.

Также точно и горение само собою прекратится, когда израсходу­ется весь горючий материал. Вот почему для поддержания горения

необходимо возобновлять как горючий материал, так и воздух, находя­щийся в прикосновении с ним. Возобновление горючего вещества составляет в промышленности большую статью расхода, но и возоб­новление воздуха посредством тяги в печах также обходится недаром.

При горении углерод топлива, соединяясь с кислородом воздуха, может образовать два химических соединения, или иначе говоря, два продукта горения: углекислоту и окиси углерода. Эти газы образуются не всегда одновременно и не при тождественных обстоятельствах. Так, когда углерод горит в воздухе, то он превращается в углекислоту и окиси углерода вовсе не образуется, если же приток воздуха будет недостато­чен, как это часто бывает при горении топлива в печи, или же когда углекислота в момент своего образования приходит в соприкосновение с раскаленным углем, происходит разложение углекислоты на окись углерода и свободный кислород.

Само собою понятно, что горение топлива будет происходить при наивыгоднейших условиях только в том случае, когда весь углерод превратится в углекислоту, в этом случае говорят, что горение полное, в отличие от неполного горения, когда часть углекислоты разлагается и получаются окиси углерода.

Зная состав воздуха и количество углерода, содержащегося в топ­ливе, можно высчитать теоретически то количество воздуха, которое необходимо для полного сгорания 1 кг топлива.

Мы знаем, что при всяком горении образуются газообразные про­дукты, т.е. углерод из твердого состояния переходит в газообразное, а так как при таком переходе часть теплоты делается скрытой, то, следо­вательно, теплота, которую мы собираем при горении топлива, будет остаток за вычетом теплоты, сделавшейся скрытой. Известно также, что всякое химическое соединение происходит только при непосредствен­ном прикосновении тел, вступающих в соединение, а потому при горении необходимо, чтобы все частицы углерода пришли в прикосно­вение с кислородом воздуха и чтобы образующиеся при горении газы отделялись и не препятствовали этому прикосновению.

При горении топлива на открытом воздухе это достигается тем, что углекислота отделяется при очень высокой температуре, вследствие чего она будет относительно легче воздуха, поднимется вверх и заме­нится свежим воздухом. В печах этого не бывает и потому необходимо для удаления углекислоты из топки (газ тяжелее воздуха) устроить тягу, так как в противном случае, углекислота превратилась бы, вслед­ствие недостаточного притока воздуха, в окись углерода и самое горе­ние могло бы совершенно прекратиться. Окись углерода принадлежит к числу смертоносных газов (угар), а присутствие углекислоты в воз­духе, которым мы дышим (более 20%) делает его вредным для дыха­ния.

Углерод, заключающийся в топливе, бывает только в твердом виде, почему и горение его происходит только на поверхности, которая вследствие накаливания, делается более или менее яркой, смотря по быстроте горения; синеватое же пламя во время горения будет заметно только тогда, когда, при недостаточном притоке воздуха, в середине

массы угля образуется окись углерода, воспламеняющаяся на поверх­ности этой массы при встрече вновь притекающего кислорода. Заме­тим также, что уголь — твердое тело и потому он не может быть смешан с газом, а вследствие этого для сгорания незначительного объема угля необходим незначительный объем кислорода, а тем более воздуха, и, следовательно, при воспламенении угля при этих условиях не может произойти взрыва.

Совершенно иное бывает при горении водорода, который составляет главную составную часть воды. Так как газы смешиваются между собою очень легко и так как количество отделяющейся теплоты при горении водорода очень значительно, то горение почти мгновенно распространяется по всей смеси и образует пламя, и тогда быстрое увеличение объема пламени производит взрыв (гремучий воздух). Вообще водород отделяет при горении более теплоты, чем какое-либо другое горючее вещество, но пламя его едва заметно; если же в него ввести какое-либо другое тело, например платиновую проволоку или кусочек мела, то это тело раскаляется добела и становится очень ярким. Яркость происходит от раскаливания находящихся в нем твер­дых тел.

При горении водорода образуется вода, которая при этой высокой температуре переходит в пар, улетучивающийся вместе с углекислотою вверх, в то время как снизу будет притекать свежий воздух.

Условия, при которых достигается возможно полное горение топ­лива в печах, следующие: 1) достаточный приток воздуха, 2) возможно полное смешение газообразных продуктов разложения топлива с при­текающим к нему воздухом и 3) поддержание достаточно высокой температуры в печи.

Общие основные устройства печей. При устройстве печей имеет­ся в виду не одно только нагревание данного помещения до требуемой комнатной температуры, но также и вентилирование жилого помеще­ния.

Охлаждение жилых помещений при плотно закрытых дверях и окнах происходит: 1) от прохождения тепла из помещения наружу через окна и двери и 2) от проникания холодного наружного воздуха внутрь помещения.

На основании вычислений, проверенных опытом, принято считать, что при 1° С разницы между наружною и внутреннею температурою 1 кв.м стены в 2,5 кирпича пропускает в час 4,5 ед. тепла; 1 кв.м деревянной стены из бревен в 25 см, снаружи обшитой досками и внутри оштукатуренной,— 2,5 ед. тепла, а 1 кв.м такой же стены, не обшитой досками и не оштукатуренной,— 4 ед. тепла; 1 кв.м двойных окон и дверей — 9,5 ед. тепла; 1 кв.м потолков или полов — 1,5 ед. тепла.

Для естественной вентиляции можно принять, что через 1 кв.м стен в 2,5 кирпича, двойных окон и дверей, потолков и полов, средним числом, проникает в час около 0,15 куб.м внешнего воздуха, охлажда­ющих воздух помещения на 0,3 х 7,3 = 2,19 ед. тепла (на согревание 1 куб.м воздуха на 1°С требуется 3,65 ед. тепла).

В практике потерю теплоты от естественной вентиляции в расчет не

принимают, так как она с избытком возмещается теплотою, выделяе­мою людьми, живущими в помещениях.

Таким образом, для поддержания температуры помещения на по­стоянном уровне нужно только, чтобы нагревательный прибор достав­лял помещению ровно столько тепла, сколько оно теряет его через охлаждение. Если известны нагревательная способность топлива, по­лезное действие печи и величина охлаждения помещения при данных условиях, можно уже с некоторою точностью определить количество топлива, нужное для согревания помещения до желаемой температуры.

Полезное действие печи или то количество тепла, которое она, воспринимая от топлива, может передать помещению, зависит, глав­ным образом, от величины и качества нагревательных поверхностей, т.е. поверхностей, соприкасающихся с воздухом помещения.

Из опытов известно, что при 10° С разницы температуры между нагревательною поверхностью и комнатным воздухом 1 кв.м поверх­ности передает в 1 час:

Чугунной или железной стенки........................... 70 ед. тепла.

Кирпичной стенки, толщиной в 1/2 кирпича,

обделанной железом............................................. _ 63 «

Кирпичной стенки, обделанной изразцами........ 35.

На внутренних (камерных) нагревательных поверхностях передача тепла происходит только через соприкосновение, так как теплота от лучеиспускания не попадает в помещение, а потому для них надо принимать в расчет только 0,6 сказанных величин.

С увеличением или уменьшением разницы между температурою комнатного воздуха и нагревательных поверхностей, пропорционально увеличивается или уменьшается и передача тепла поверхностями: на­пример, 1 кв.м чугунной поверхности, при разнице в 20°С передает в час 70 х 2 = 140, при разнице в 30°С — 70 х 3 = 210 ед. тепла и тд.

Итак, если нам известно охлаждение помещения в течение опреде­ленного промежутка времени, например, 1 час, а также качество и температура нагревательных поверхностей, то, руководствуясь этими данными, мы можем определить величину нагревательных поверхно­стей и размеры печи для нагревания данного помещения до требуемой температуры.

При таких расчетах надо, однако, принять во внимание, что темпе­ратура нагревательных поверхностей в различных частях печи и в различное время дня, в печах, топящихся непостоянно, бывает не­одинакова. Поэтому обыкновенно определяют только среднюю величи­ну нагревательных поверхностей, а для того, чтобы печь давала доста­точно тепла и в сильные морозы, необходимо сделать расчет именно для этих морозов.

Всякая печь должна состоять из трех главных частей: 1) о ч а га или топливника, для помещения и сжигания топлива, 2) д ы -моходов со стенками, выделяющими теплоту для согревания отапливаемого помещения, и 3) дымовой трубы, назначение которой отводить продукты горения и избыток воздуха наружу.

Для того чтобы топливо, уложенное в топливник, могло гореть,

необходим приток воздуха и возможно лучшее смешение его с топли­вом.

Течением дыма вверх по трубе обусловливается тяга, вызывающая приток воздуха в топливник. Сама тяга или скорость течения дыма в трубе, при равных других условиях, будет тем сильнее, чем больше разница в температуре между дымом и внешним воздухом и чем выше труба.

Для обыкновенных комнатных печей высота трубы соразмеряется с числом этажей, отапливаемых печами. При одноэтажных домах высота в 5 саженей (10,5 м) считается достаточной. Кроме того, труба должна иметь гладкую внутреннюю поверхность и правильное верти­кальное направление, ибо только при этих условиях будет происходить правильная тяга, которая и без того замедляется дымоходами. На течение дыма в трубе действует также ветер, дождь, снег и другие случайные влияния.

Топливник должен иметь настоящий объем и во всяком случае достаточный для помещения в нем того количества топлива, которое предназначено для нагревания печи. Глубина или длина топливника, во избежание слишком сильного нагревания топочных дверец, должна быть при топке дровами не более, как на 20 см длиннее длины поленьев, а высота также не более того, чтобы могло свободно развиться пламя горящего костра. Вообще высоту эту можно считать достаточной, если между перекрышкою (сводом) топливника и наложенным в него топ­ливом остается пространство высотою в 1/3 высоты всего топливника.

Величина хайла (отверстия, ведущего из топливника в дымо­ходы) может быть различная; но поперечное сечение хайла не должно быть меньше той величины, которая требуется для правильного выхода дыма и притока воздуха.

Приток воздуха, как уже сказали выше, должен быть достаточный для полного горения топлива, причем образующиеся газы, подымаясь вверх, поступают в дымовые каналы, отдают большую часть своего жара стенкам дымоходов и, следуя далее, выходят наружу. На их место выступают из топки новые газы, образующиеся от сгорания топлива со свежим воздухом, входящим через поддувало в топку.

Чем горячее газы, тем они легче воздуха и тем быстрее поднима­ются в дымовой трубе; следовательно, тем сильнее приток свежего воздуха в топку или, как говорят, тем сильнее тяга.

В комнатных печах, служащих исключительно для отопления по­мещения, тяга должна быть только достаточна для полного сгорания топлива и отвода продуктов сгорания. Слишком же быстрое сгорание топлива, при котором получается только зола, а не уголь, не достигает цели нагревания помещения и сохранения в нем тепла на более про­должительное время.

Чтобы узнать, достаточно ли протекает воздуха в топку, надо взгля­нуть в топку во время горения.

При надлежащем количестве воздуха пламя имеет яркий, светлый, ровный цвет от частичек угля, которые в сильном жару, получаемом при полном горении, раскаляются добела. Напротив, если воздуха

притекает в топку мало, то пламя — голубоватое, темное, не яркое, жар слабый и частички угля не могут сильно разгореться.

Голубой цвет пламени наглядно доказывает, что вследствие недо­статка воздуха образуется окись углерода, а не угольная кислота.

Наконец, когда в топку притекает слишком много воздуха, тогда можно заметить в пламени темные и даже черные места, происходящие от частиц угля, которые при избытке холодного воздуха настолько охлаждаются, что совершенно чернеют. Иногда в одних местах топки замечается голубое пламя, в других черные или темные пятна: тогда можно заключить, что в одних местах воздух имеет слабый доступ в топку и делает горение неполным, в других местах воздух врывается слишком быстро, большое его количество охлаждает эту часть топки и тем самым ослабляет или прекращает горение.

Уравнение ширины топливника с шириною топочного отверстия, при поддувании через это последнее, значительно способствует более правильному распределению воздуха по топливу, а следовательно, и более совершенному сгоранию топлива; но этого одного не вполне достаточно даже при топке дровами и совсем недостаточно при топливе, промежутки между отдельными частями которого тесны, например: при коксе, каменном угле или торфе.

Для этого рода топлива необходимо поддувание снизу, следователь­но, устройство топочной решетки и зольника с отверстием для поддувания (см. ниже). Впрочем, опыт показывает, что при поддувании снизу сгорает лучше всякое топливо, следовательно, и дрова.

Но и при поддувании снизу смешение воздуха с горючими газами топлива далеко не совершенно, а потому часть этих газов улетает, в виде дыма, в трубу.

Для устранения этого недостатка можно сделать одно из самых простых приспособлений, заключающееся в помещении хайла не в своде, а в задней и боковых стенках: при этом дым и пламя, стремящи­еся, по своей легкости, кверху, должны будут отклоняться от первона­чального направления и, встречаясь с током воздуха, дующего снизу, смешиваться как между собою, так и с воздухом.

Отопление жилых помещений производится различными способа­ми: 1) каминами, 2) железными и чугунными печами и 3) нагретым воздухом или же горячей водой. В последнем случае согревание воздуха и воды производится в особом помещении и проводится по квартирам посредством металлических труб.

Камины. Камин принадлежит к числу нагревательных приборов, действующих исключительно лучистой теплотой горящего в нем топ­лива, а потому и самых неэкономичных относительно расходования топлива.

Всякий камин состоит из топливника и дымовой трубы, без дымо­ходов, причем для того, чтобы искры не могли попасть в трубу и вылетать наружу, дым из камина впускается в дымовую трубу через перевал, согнутый в виде колена, в котором искры и задерживаются.

Топливник для камина делается открытым со стороны помещения и притом достаточно широким, чтобы в нем могло поместиться за один

раз большое количество топлива. При этом не следует упускать из вида, что при топке дровами лучистой теплоты, развиваемой при горении, получается только 25%, а при топке каменным углем и коксом немного более 50%

Внутренность каминного топливника делается из огнеупорного кир­пича на такой же глине; дрова же или уголь кладут на чугунную или железную колосниковую решетку, под которой устроено поддувало.

Иногда боковые стенки камина облицовываются чугунными пли­тами, но так как чугун от сильного жара портится и, вследствие своей большой теплопроводности, отнимает от топлива много жара, большая часть которого уносится воздухом в трубу, то поэтому такую облицовк\ едва ли можно признать рациональной

Чтобы отражение теплоты в комнату было возможно полнее, топ ливники у каминов всегда делают широким, но не глубокими, а верхняя и боковые стенки их — с развалом.

Однако, несмотря на разные приспособления для лучшего нагрева­ния комнат, все же из всей теплоты, развиваемой горением топлива, на согревание идет при топке дровами только 10%, а углем и коксом не более 20%, остальные же 80 — 90% улетают бесполезно в трубу; по сравнению с печами хорошего устройства, дающими 60 — 70% тепла, отопление каминами оказывается весьма невыгодным. Кроме того камины греют только во время топки, тогда как печь сохраняет тепло довольно продолжительное время при равномерной температуре. Ка­мины же, напротив, не столько греют помещение, сколько вентилируют его, а потому установки каминов надо считать весьма полезными во

всех тех случаях, когда требуется усиленная вентиляция, как например в кабинетах, курительных комнатах и пр.

В каминах хорошего устройства в дымовой трубе ставится задвиж­ка, при помощи которой можно регулировать тягу воздуха, сообразно с количеством топлива и силою горения. Такая задвижка или реги­стр состоит из железной пластинки, двигающейся между пазами железной рамки, вделанной в трубу несколько выше хайла. По оконча­нии топки камина задвижка эта закрывается наглухо.

К числу недостатков каминного отопления следует также отнести неравномерное нагревание им комнаты. Так, предметы, находящиеся против камина и, главным образом, стороны их, обращенные к камину, нагреваются довольно значительно, тогда как боковые части комнат остаются слабо нагретыми.

Вообще отопление одними каминами, без установки печей, при нашем северном климате неудобно и невыгодно, и только в южных странах, где вместо зимы бывает продолжительная холодная осень, можно довольствоваться каминами, отапливая их дровами или углем, смотря по тому, какое топливо более употребительно в данной местно­сти.

В богато убранных помещениях камин служит украшением комна­ты и с этой целью облицовку его делают из мрамора с различного рода дорогими орнаментами и приборами из меди и бронзы.

На рисунках 1 и 2 показаны два образца роскошных каминов с

облицовкой из мрамора и резными украшениями, а на рисунке 3 — разрез дымовых каналов.

Комнатные металлические печи. В комнатных печах нагревание помещения производится не непосредственно пламенем горящего топ­лива, как это мы видим в каминах, но поверхностью нагретой массы печи. Вот почему в этого рода печах, кроме хорошего устройства печи, т.е. очага (топливника), дымоходов и дымовой трубы, имеет также большое значение материал, из которого построена масса печи.

В этом отношении комнатные печи можно подразделить на два рода: 1) печи металлические — чугунные и железные, обладающие меньшей теплоемкостью и 2) печи кирпичные, терракотовые — с большей теплоемкостью.

Наибольшим распространением пользуются металлические печи, которые представляют то удобство, что при малом объеме, ими зани­маемом, они нагревают сравнительно большое пространство. Такие печи нагреваются очень скоро и также скоро нагревают помещение, в котором стоят, тем не менее эти достоинства не окупаются их весьма существенными недостатками. Большинство таких печей нагревают окружающий воздух слишком сильно; например, чугунные печи, даже при топке дровами, накаливаются до красна, что действует вредно, заставляя пригорать органическую пыль, всегда носящуюся в воздухе, а через это распространяется в помещении не только пригорелый запах, но также и вредные для здоровья продукты горения — углекислота и окись углерода (угар).

В этом отношении, безусловно, вредными следует считать перенос­ные печи, известные под названием чугунок. Такие чугунки чаще

всего отапливают коксом, который помимо тяжелого запаха, распрост­раняемого при горении, накаливает печь до того сильно, что часть углерода, входящего в состав чугуна, окисляясь, в соприкосновении с воздухом, превращается в окись углерода. Случаи угара при топке такого рода печами бывают весьма часты.

Нагревание металлическими печами (рис. 4) идет неравномерно, так как вследствие быстрой передачи ими теплоты воздух помещения не может своевременно перемешиваться и ближайшие к печи слои его бывают сильнее нагреты, чем больше отдаленные.

Эти недостатки, до известной степени, можно устранить рациональ­ным устройством печи и замедлением горения топлива настолько, чтобы наружная поверхность, соприкасающаяся с комнатным возду­хом, не нагревалась выше 100-120 °С. С згой целью топка должна быть приспособлена к более продолжительному горению без подкладывания нового топлива.

На рисунке 5 изображен вертикальный разрез печи Геншеля, в которой топливо, заложенное в печь, может гореть безостановочно в течение времени 24-48 часов.

Устройство печи следующее: к топочной решетке ае с выдвижным

зольником х прикреплен наружный чугунный покров печи АВ. Внутри этого цилиндра вставлен меньший цилиндр CD, из котельного железа, открытый с обоих концов; нижний конец цилиндра CD не доходит до решетки, а верхний снабжен крышкой п. Топочное отверстие т нахо­дится внизу и закрывается герметической крышкой. Верхняя част i цилиндра CD сообщается с отводным рукавом в дымовую трубу. Кла­пан i служит для регулирования тяги.

Для того чтобы наполнить печь топливом, снимают крышки К и п цилиндров АВ и CD и по окончании этой операции (т.е. наполнения снова плотно закрывают их. Растапливание производится через топо­чное отверстие т, которое затем также плотно закрывается. Необходи­мый для горения воздух притекает под решетку, через более или менее открытый ящик зольника, а продукты горения принимаются в проме­жутке между цилиндрами и уходят в дымовую трубу через отводной рукав. Чтобы дым, проходящий по слою топлива, не мог застаиваться в верхней части цилиндра CD, имеется отводная трубочка с в дымовую трубу

Несмотря на то, что печь нагружена топливом до самого верха, горит только нижний слой его, а верхние слои только нагреваются; по мере же сгорания нижних слоев топлива, оседают слои выше лежащие и т.д. до полного истощения всего топлива,нагруженного в печь

Для регулирования тяги, как мы уже упомянули выше, служит клапан i, а больший или меньший приток воздуха соразмеряется соответствен -ным вдвиганием и выдвиганием ящика зольника х.

Нагрузку нового топлива всегда удобнее делать ранее, чем прогоре­ло старое, в этом случае нет надобности вновь растапливать печь, которая будет топиться, не потухая, неопределенное время. Но перед накладыванием нового топлива решетка должна быть хорошенько про­чищена, надо по временам (раза 3-4 в сутки) прочищать решетку.

Для того чтобы топочную решетку было удобно чистить, т.е. освобождать от накопившейся в ней золы, она состоит из двух частей (рис. 5); верхней неподвижной собственно решетки (1,2,3,4), лежащей в ае (рис. 6) и нижней подвижной (5, 6, 7, 8), вставленной под ab, последняя, при помощи ручки о, может вращаться горизонтально в обе стороны.

Когда нижняя подвижная часть решетки находится в положении, показанном на нашем рисунке, то вся решетка образует тесные проме­жутки, в зольник попадают только мелкие остатки топлива, но если нижнюю часть решетки повернуть так, чтобы 5 и 7 ее стали против 2 и

4, а 6 и 8 против 3 и 1 верхней решетки, то промежутки увеличиваются настолько, что сквозь них могут падать в зольник и более крупные остатки топлива. Таким образом, для прочистки нужно только ручку о повернуть несколько раз в обе стороны.

Такую печь всего выгоднее топить коксом, причем, во избежание угара, необходимо, чтобы после наложения топлива и во время топки обе крышки цилиндров были вполне герметически закрыты.

Для того чтобы стенки чугунной печи не так сильно раскаливались, вместо гладкой поверхности лучше делать ребристую, которая значи­тельно увеличивает (в 3-4 раза) нагревательную поверхность печи и способствует быстрой передаче тепла окружающему воздуху пониже­нием ее температуры.

К такого рода печам относятся комнатные печи различных образ­цов, внешняя и внутренняя поверхность которых снабжены частыми ребрами, которые постепенно уменьшаются от вершины к основанию, вследствие чего теплота, распределяясь равномернее, не дает металли­ческой поверхности раскалиться докрасна.

Вообще следует заметить, что как бы ни было хорошо устройство металлических печей, для отопления жилых помещений, нуждающих­ся в постоянной и равномерной температуре, им следует предпочитать печи кирпичные, обладающие большей теплоемкостью и потому пере­дающие теплоту медленнее, но равномернее.

Комнатные кирпичные печи. Кирпичные печи, как мы уже сказали выше, обладают более значительной теплоемкостью против металли­ческих, но зато теплопроводность первых меньшая, чем последних Поэтому для того, чтобы кирпичная печь могла нагреваться достаточ но, необходимо придать ей большую поверхность соприкосновения ш только с горящим топливом, но и с продуктами горения.

Для этого топливник должен тесно охватывать горящее топливо, а дымоходы иметь достаточное число оборотов. По тем же причинам, для того чтобы печь могла отдать воздуху помещения наибольшее количе­ство теплоты, которую она восприняла от топлива, нужна соответствен -но значительная поверхность соприкосновения печи с воздухом поме­щения. На этом основании кирпичные печи делаются больших разме­ров, чем металлические.

Но так как наружная поверхность печи увеличивается не пропорци­онально с ее объемом, а в меньшей степени, то если довольствоваться соприкосновением воздуха только с одной наружной поверхностью печи, пришлось бы дать последней весьма значительные размеры, как это мы видим в обыкновенной голландской печи.

Для того же, чтобы размеры печи можно было уменьшить, необхо­димо давать воздуху помещения возможность соприкасаться и с внут­ренностью печи, т.е. устраивать внутри печи каналы или камеры, сооб­щающиеся с воздухом помещения и непроницаемые для продуктов горения.

Что касается дымооборотов, то в прежнее время их делали горизон­тальными, расположенными в форме винтовой лестницы и потому называвшимися также винтовыми (рис.7); но такие дымообо-

роты, недостаточно замедляя течение дыма, мало отнимают от него теплоты. Много удобнее делать вертикальные дымообороты или ко­лодцы (рис.8), по которым дым, направляясь попеременно вверх и вниз, течет значительно медленнее и потому, охлаждаясь, оставляет большую часть своей теплоты наружной поверхности печи.

Надо, однако, заметить что ни те, ни другие дымообороты, отделен­ные друг от друга тонкими перегородками, не могут достаточно охла­дить дым, так как охлажденные части дымоходов 2 и 4 быстро воспри­нимают вновь теплоту от более горячих частей смежных с ними 1 и 3. Для устранения этого недостатка считается весьма полезным устраи­вать между дымооборотами небольшие каналы, сообщающиеся с воз­духом комнаты. Такие каналы, увеличивая нагревательную поверх­ность печи, в то же время устраняют сомкнутость дымооборотов. Если же воздушные камеры выложить внутри листовым железом, то переда­ча тепла комнатному воздуху настолько увеличится, что длина дымоо­боротов, а следовательно, и общий объем печи может быть значительно уменьшен.

Наиболее старинные и в то же время весьма распространенные кирпичные печи известны под названием голландских.

Наружный вид такой печи показан на рисунке 9. Такая печь имеет 6 дымооборотов или колодцев, по которым продукты горения и дым следуют непрерывно по восходящим и нисходящим колодцам. В ниж­ней части последнего шестого колодца устроено место для закрывания трубы вьюшкой, обозначенной на рис.6 кружком.

Во время топки печи дым через хайло в задней части свода топлив­ника, поступает в 1 восходящий колодец, оттуда в нисходящий 2, следуя далее в восходящий 3 и т.д. до 6, в котором помещена вьюшка, а затем

в дымовую трубу. Основанием для печи служат кирпичные стенки, под которыми циркулирует воздух, для чего в стенках этих имеются отвер­стия. Высота основания печи бывает не более 27 см.

Пол топливника выложен из двух рядов кирпичей, положенных плашмя. В ширину и глубину топливник обыкновенно занимает все пространство между стенками печи, а высота делается в 3/4 аршина (54 см) и не более 70 см; топочное отверстие делают в 0,1 кв.м.

Дымовые ходы расположены у наружной поверхности печи, так что наружные стенки этих ходов будут общие со стенками печи, а следова­тельно, и расположение дымо­ходов обусловливается фор­мой печи.

Голландские печи могут быть круглыми и угловыми, но чаще всего им придают че­тырехугольную форму.

Расположение дымоходов в угловой печи показано на ри­сунке 10.

Смотря по величине печи, число дымоходов бывает от 4 до 8 и до 10, при общей длине их в 10-20 м; поперечное сечение каждого дымохода от 0,5 до 0,9 кв.м.

Переход дыма из последнего дымооборота в дымовую трубу дела­ется двумя способами: во вьюшку, как показано на рисунке 11, или под вьюшку (рис. 12). Первый способ наиболее употребителен, но послед­ний лучше в гигиеническом отношении.

Голландские печи обыкновенно обделываются снаружи изразцами, что придает печи известную красоту. Кроме того в хороших печах все наружные приборы делаются медными.

Вообще следует заметить, что хорошо сложенная голландская печь дает достаточно тепла в том помещении, где она установлена; единст­венный упрек, который ей обыкновенно делают, это слишком значи­тельное употребление топлива за один раз.

Недостаток этот, однако, можно несколько ослабить уменьшением размеров топливника, а также отступом от стены, чтобы задняя повер­хность печи могла использовать всю теплоту комнаты, вместо того, чтобы бесполезно греть стену. Отступ от стены делается в 9-12 см, и

тогда соединение дымоходов с трубою производится посредством п а т-рубка — короткого кирпичного канала

Чтобы увеличить нагревательную способность печи, в стенках ее иногда делают душники или отверстия, в которые вставлены металлические коробки с откидными крышками (рис. 13), ведущие в

восходящие дымоходы и открываемые после окончания топки и закрытия вьюшек. Такие душники, однако, представляют то неудобство, что через открытый душник вместе с теплом попадают в отапливаемое помещение копоть и гарь.

Шведские печи по внешнему виду очень сходны с голландскими, но отличаются от них несколько иным расположением дымовых хо­ дов. В этих печах продукты горения из топлив-ника поступают в средний восходящий колодец, следуют далее в два нисходящие колодца и затем снова в два восходящие, которые, соеди-няясь под перекрышкою печи над средним восходящим колодцем

переводят дым с верхней части печи в трубу

Что касается закрывания и от­крывания трубы, то оно произво­дится задвижкой, также находящей-ся в верхней части печи, и приво­дится в движение шнурками, nepе-кинутыми через блоки

Так называемые круглые печи, кроме своей наружной формы — ци­линдра, отличаются от голландских еще тем, что имеют железный фуг-ляр. Такие печи много экономичнее, относительно потребления ими топ­лива, чем обыкновенные голланд-

ские, но зато обладают всеми преимуществами и недостатками метал-лических печей

Круглые печи нагреваются скорее и отдают комнате или вообще помещению, где они установлены, сравнительно больше тепла, чем

голландские, но соответственно этому они держат тепло очень недолго. При наших морозах весьма редко можно ограничиться топкой таких печей один раз, ибо в течение 7-8 часов они совершенно остывают.

Утермарковские печи составляют видоизменение круглых печей. В них между дымооборотами помещена железная труба, отделенная от дымооборотов кирпичною кладкою, но сообщающаяся с комнатным воздухом отверстиями, расположенными на двух противоположных концах.

Подобно обыкновенным круглым печам, они всегда одеты снаружи футляром из листового железа и чаще всего также круглые, хотя могут быть и всякой другой формы. На рисунке 14 показан вертикальный, а на рисунке 15 горизонтальный (по линии АВ) разрез печи. Цифры 1, 2, 3, 4, 5, 6 означают дымоходы (восходящие и нисходящие, как в голландских или круглых печах), а — железная воздушная труба; ниж­ний конец ее, стоящий на топочном своде, сообщается с комнатным воздухом посредством отверстий, проделанных во всей печи; в верхний конец вставлен душник м, свод топливника имеет кирпичную пере­крышку.

Такая печь, обладая значительно большей нагревательной поверх­ностью против голландских и круглых печей, требует еще более уме­ренной топки, чем круглая печь, ибо остывает очень быстро.

Утермарковская и голландская печи составляют главные прототи­пы комнатных печей, так как все другие печи представляют собой только более или менее удачные видоизменения или улучшения этих печей.

Дата добавления: 2015-07-08