Дровяная печь длительного горения для отопления дома

Долгое время печи классифицировались только по назначению:

• поварские;
• хлебные;
• отопительные.

Технология их кладки на основе глины и камней пусть и имела незначительные вариации, все же оставалась однотипной. Поэтому современные дровяные печи длительного горения для отопления дома сложно отнести к традиционным. Они сравнительно молоды — существуют всего лишь пару-тройку столетий.

Немного истории

До развития металлургии отопительная печь могла быть только кирпичной. Только в XIII столетии появилась какая-то альтернатива камню и керамике. Тогда научились отливать плоские плиты из чугуна (которые применялись первоначально как экраны в каминах), а металл стал сравнительно дешев.

Все равно, прошла еще пара веков, прежде чем люди стали выпускать металлические печи для обогрева жилищ массово. Мы сейчас назвали бы такие конструкции — «буржуйки».

Первые чугунные отопители оставались примитивными и неэкономичными ящиками на ножках и с трубой еще какое-то время.

Пока будущий президент Америки Бенджамин Франклин, по совместительству изобретатель, ученый, а теперь еще и лицо стодолларовой купюры, в 1742 году не придумал свою «пенсильванскую печь-камин». Усовершенствовал ее в 1770 году. Специально не стал патентовать — «на благо народу».

Немного позже, в том же XVIII веке, другой Бенджамин, только уже граф Румфорд усовершенствовал камин Франклина. Он превратил его уже в почтенную полноценную печь — прообраз всех современных металлических. Граф Румфорд прославился авантюризмом и тем, что придумал суп для бедных (который едят и сегодня), английский камин и кухонную печь.

Первыми масштабное производство развернули американцы, за ними последовали немцы.

Что сложного в печном отоплении

Печи должны совмещать противоположные свойства. Идеальная конструкция быстро прогревает окружающий объем и долго не остывает, постепенно отдавая тепло помещению. Беда в том, что это невозможно:

• кирпичная печка греется долго и долго отдает тепло. Получается так называемая теплоемкая конструкция;
• металлическая печь быстро нагревается — сказывается большая теплопроводность железа и его сплавов. Но накапливает она мало. И постепенно, медленно отдавать не может. Поэтому она перестает работать вскоре после того, как прогорит топливо, заложенное в ее топливник.

Суточный градиент температур (перепад) в помещении, которое греет чугунная или стальная печка, получается очень большим. Человек испытывает серьезный дискомфорт в таких условиях. Поэтому почти все улучшения этой схемы сводились к тому, чтобы продлить время активности. Проще говоря, чтобы в топке дольше происходило горение.

Горение можно растянуть во времени, продлевая закладку дров. То есть, дольше подкладываем — дольше горит.

И снова шероховатость — получается слишком неэкономично. Решили замедлить процессы горения.

Замедлить сгорание в любой печке очень просто. Достаточно ограничить в зону горения поступление кислорода. Сделать его минимальным. Это в теории. На практике снова ничего хорошего.

Несоблюдение простых законов эксплуатации и попытки удлинить горение только за счет ограничения подачи кислорода приводят к серьезным последствиям. Тем же чревата неправильная регулировка печи.

Топка — это реактор печи. Если кислорода недостаточно — не развивается нужная температура. Как следствие — не все сгорает, что может гореть. Эти несгоревшие остатки просто выбрасываются в трубу и оседают на стенах печи.

Происходит следующее: температуры и кислорода недостаточно для полноценной реакции горения, но вполне хватает для сухой возгонки. Это приводит к распаду сложных углеродов и их преобразованию на более простые и летучие фракции. Тоже топливо, но только немного иное по составу и фактуре. И оно тратится бесполезно.

Еще нюанс. В некоторых кирпичных печах для отбора тепла у топочных газов, их пускают по долгому и извилистому пути — дымооборотам. В теории, можно сделать точно так и в металлической конструкции — но снова выйдет так себе.

Топочные газы, хоть они и очень сложны по составу, ведут себя как атмосферные. То есть, проходя по кирпичному каналу, по-своему утепленному (за счет медленной теплопередачи в кирпичном массиве), газы нормально себя чувствуют до конца пути. Даже, если в начале было холодновато. Они нагреют стенки канала и дальше пойдут по теплому.

У металлической конструкции с отличной теплопередачей такого не выйдет. Только канал прогрелся — все тепло передалось внешнему окружению, и требуется греть заново. Эффект сродни тому, что можно наблюдать на одинарном оконном стекле в холодную погоду — конденсация. Только конденсируется не вода, а сажа и смолы.

Достаточно быстро долгий металлический канал без утепления зарастет изнутри. А если его утеплить, то пропуск газов вообще теряет всякий смысл. Тепло останется внутри и ничего не согреет. Выйдет работа ради работы.

Конечно, газы в металлической печи тоже заставляют плутать. Хотя бы для того, чтобы замедлить их движение и не направлять напрямую в трубу. Но эти ходы имеют малую протяженность и устроены максимально просто.

Можно заставить тело печи (топку) отдавать тепло максимально интенсивно, применив оребрение и резко увеличив площадь теплообмена. Но это не решает проблемы малого срока действия.

Пришлось задействовать пиролиз. До этого он применялся массово только на мощных промышленных котлах. В результате, соединив каминопечь двух Бенджаминов и пиролизный принцип перегонки и последующего дожигания, получили вполне пригодную для бытового применения печку на дровах. Она лишена большинства недостатков металлической.

Принцип примерно следующий: в топке при недостатке кислорода идет горение, обеспечивающее пиролиз. Продукты пиролиза переходят в следующее отделение печи, отделенное перегородкой. Туда же отдельно подается кислород — теперь уже с избытком.

Там получается интенсивное дожигание несгоревшего топлива, отчего КПД существенно повышается. В какой-то мере решена и проблема быстрого горения — процесс пиролиза не быстрый.

На рисунке ниже представлена печь длительного горения, работающая на пиролизных газах.

1 — зона горения,

2 — зольник и подача первичного воздуха для горения,

3 — зона дожигания пиролизных газов,

4 — перегородка, удлиняющая ход газов внутри печи и отделяющая зону первичного горения от зоны дожига,

5 — дымовой патрубок,

6 — дверца со стеклом.

Буквами показаны:

а — первичный воздух,

б — вторичный воздух,

в — система чистого стекла, охлаждающая стекло и препятствующая осаждению на нем продуктов горения

Как и чем питать пиролизную печь

Печи длительного горения, как и обычные, делятся на две больших подгруппы:

• верхнего горения;
• нижнего горения.

Чтобы не перестараться с объяснениями, можно дать такой образ: вот некая разовая закладка дров. Ее поджигают. Если костерок при этом займется сверху, то это получится схема с верхним горением. Если огонь внизу — это нижнее.

Первый вариант в печах длительного горения задействовать просто. Надо набить топку топливом и сверху расположить растопку, ее поджечь. С учетом недостатка кислорода для горения полной разовой заправки печи топливом хватит часов на пять. Печь все это время будет неплохо согревать.

Но как только все прогорит, придется или опять добавлять дров или мириться с падением температуры.

Второй вариант с нижним горением требует шахтного топливника. Он представляет собой… шахту. Вертикальный канал, который загружается дровами. Горение начинает сверху.

По логике вещей, пламя должно охватить всю закладку. Но, если организовать тягу, направленную сверху вниз, или пустить горизонтально с расчетом, чтобы захватывалась нижняя часть закладки — то горение не пойдет вверх.

Сгоревшее топливо в нижней части шахты будет замещаться расположенным выше под воздействием силы тяжести. И так до тех пор, пока резерв не истощится. С учетом медленного горения такой закладки хватает на срок до полусуток.

Основные недостатки — необходимость калибровки топлива. Поэтому в печах такое используется редко, больше — в пеллетных и угольных котлах.

Распределение тепла

Теперь о том, как полученное тепло передать в комнату. Непосредственно через стенки — можно, но выйдет не особо эффективно.

Как уже говорилось, если соорудить по наружным стенкам много ребер — внешняя (отдающая в помещение) поверхность будет больше внутренней, которая забирает тепло от газов. Поэтому снизится наружная температура печи, а теплообмен улучшится.

Но все равно окажется недостаточным. Потому что тепло будет скапливаться над печью, так как воздух — плохой проводник тепла. Для успешного распределения его по комнате потребуется организовывать принудительные конвекционные потоки. Естественная конвекция достаточно эффективна на сравнительно небольшой площади.

Самое простое — установить вентилятор, который примется разгонять тепло по комнате из того угла, в котором установили печь. Но это шумно и требует затрат электроэнергии. Гораздо интереснее — что-то более автономное.

И тут снова вспоминают графа Румфорда. Именно он предложил к печам пристраивать металлические трубы — калориферы. Оба конца такой трубы открыты и сообщаются с атмосферой комнаты. Середина трубы греется от печи, ведь труба проходит через топку.

Нагреваясь в трубе, воздух поднимается по ней и сбрасывается в атмосферу комнаты. А с нижнего края идет замещение прогретого воздуха холодным. И в результате в таких трубах устраивается очень интенсивный теплообмен.

Если увеличить количество труб, то увеличится и скорость подачи тепла. Больше труб — больше мощность.

Некоторые производители печей формируют их корпуса из плотно набранных труб. По крайней мере, боковые стенки топки.

Другие поступают иначе, хотя и верные базовому принципу: делают вертикальные внешние ребра на топке и закрывают их кожухом. Получаются те же трубы, только не круглого, а квадратного сечения.

На рынке представлено много печей подобного типа, но невозможно с уверенностью сказать, какая из этих моделей самая лучшая. Они все примерно одинаково устроены. Просто у каждой конвекционная система выглядит по-своему.

Встречаются печи, у которых среди конвекционных выходов одинакового размера имеется один или несколько, что реже, выходов заметно большего диаметра. Этот патрубок увеличенного сечения предназначен для крепления гибкого воздуховода и вывода его в соседнюю комнату. То есть, тепло можно будет транспортировать чуть дальше.

Простая пиролизная печь с конвекционной системой

Все вышеуказанные системы можно дополнить теплонакопителем. Он получится не такой эффективный, как керамическая стенка нормальной кирпичной печи. Но прибавка теплоемкости все равно окажется заметной.

Какие есть варианты:

• простая печь из стали. Самый недорогой, доступный вариант. Минус — тонкие стенки и минимальная теплоемкость Примечательно, что стальные печи получили распространения только сейчас. Причина — дешевизна;

• чугун. Конструкция получается тяжелее и чуть сложнее при монтаже. Она долговечнее и с большей теплоемкостью. В эпоху расцвета подобного отопления печи отливались только из чугуна. Хотя промышленность уже тогда могла бы позволить более легкие стальные конструкции;

• чугунные печи, закрытые снаружи изразцами. Последние служат нескольким целям: облагораживание внешней поверхности, лучшие гигиенические показатели оп причине простоты ухода и прибавка в теплоемкости. Еще со времен рубежа XIX и XX веков отзывы подобные печи получали самые восторженные;

• скандинавский путь. Они такие печи укрывают футлярами из особого сланца, чьи месторождения есть только в Финляндии и Карелии — талькохлорида. Уникальная теплоемкость камня делает подобные печи очень удобными в эксплуатации. По крайней мере, почти все скандинавы выбирают такую печь для дачи или загородного дома.

Канадская печь лесорубов

Говоря о печах длительного горения, невозможно не упомянуть конструкцию, максимально утилитарную и практичную — так называемую, канадскую печь лесорубов. Она больше известная у нас в стране под немецкой торговой маркой Булерьян.

По легенде ее придумали в Канадской провинции и специально адаптировали под долгое горение и бросовое топливо. И оттуда она разошлась по всему миру.

Так что, Булерьян, Бренеран и несколько других, менее известных имен — это одно и тоже. Просто ориентировано на потребителя разных стран. Кстати, очень много подражателей у этой печи у нас в стране и Китае. Это вопрос больше этический.

Булерьян в родном канадском исполнении

Булерьян представляет собой бочку, стенки которой образованы трубами-калориферами. Поскольку трубы еще и выгнуты, площадь теплопередачи в сравнении с квадратными печами заметно увеличена.

В одну из торцевых стенок врезана дверца для загрузки топлива, в которой установлен шибер, регулирующий поступление воздуха.

Главное отличие булерьяна (в русском это название стало нарицательным) от большинства «долгоиграющих» печей в том, что систему дожигания пиролизных газов надо приобретать и ставить отдельно. Она предусмотрена, но не интегрирована в конструкцию.

Этот элемент представляет собой специально доработанный сегмент дымовой трубы. Устанавливается непосредственно на отводной дымовой патрубок печи, но возможна эксплуатация и без него.

Дожигатель закрыт кожухом, под которым в основном теле трубы сделаны отверстия — через них и поступает воздух. Сама труба работает как дожиговая камера. То есть, принцип тот же — просто компоновочная схема немного иная.

Долгое горение в топке позволяет сделать еще один шаг для увеличения радиуса транспортировки тепла по помещению. И на этот раз, принцип ничего не имеет общего с конвекционными воздушными потоками.

Применена более радикальная схема с водяным контуром. По сути, печь превращена в твердотопливный отопительный котел, но с чуть более облагороженной внешностью.

Интересно, но этот вариант совершенно непригоден для реализации в кирпичной печи и довольно плохо работает в моделях с изразцовой облицовкой. И тут почти единственный случай, когда сравнение окажется в пользу более простой стальной конструкции.

Механика явления проста. Есть печь и водяной контур, разведенный по комнатам. Разжигая огонь в печи, греют контур, циркуляция теплоносителя в котором (воды или антифриза), приводит к прогреву помещения.

Но при этом греется и печка. И тепло от ее массива никуда не транслируется — если только в то помещение, в котором она стоит. И тут любая тепловая инерционность комплекса становится нежелательна.

Что происходит: масса печи может достигать нескольких тонн (в кирпичном исполнении), а с талькохлоридом немного меньше или пары сотен килограмм (чугун и печи с изразцовой облицовкой). Но масса теплоносителя, циркулирующего по системе, намного меньше. И, как следствие, ниже и теплоемкость.

Поэтому остывание идет неравномерно. Теплоноситель остыл, комнаты тоже, а печь еще держит тепло. Если же начать ее греть, то теплоноситель в контуре прогреется до желаемой температуры, но в помещении, выполняющем роль котельной, будет очень некомфортно по причине излишней жары.

Наличие водяного контура может сильно выручить. Например, когда требуется обогреть очень большую площадь. Или если места под более производительную печку просто нет. Тогда выходом может оказаться мини-вариант со встроенным водяным теплообменником.

На картинке ниже изображена печь с водяным контуром.

1 — топка

2 — регистр-теплообменник, создающий топочную камеру

3 — водяная рубашка котла

4 — дверца для загрузки топлива

5 — шуровочная дверца

6 — дверца для регулировки объема первичного воздуха

7 — чистка

8 — зольник

9 — выходной патрубок

10 — обратная подача системы

11 — прямая подача системы

12 — теплоизоляция рубашки печи

13 — ТЭН

14 — теплоноситель

Схема с дополнительным электрическим подогревом, позволяющим выровнять температуру в помещениях в перерывах между топками.

Тонкости выбора и эксплуатации

Моделей печек длительного горения представлено много. И вопрос, какую выбрать из них, как никогда злободневен.

Можно, конечно, ориентироваться на конкретного производителя. Только такой путь не всегда приводит к выдающемуся результату. Поэтому алгоритм выбора лучше изменить.

Принимаем, что отапливать требуется помещение с нормальным утеплением без сквозных прорех, приводящих к выдуванию тепла. Главные параметры, по которым следует выбирать печь: объем (кубатура) и площадь. Кстати, кубатуру обязательно считают по внешним размерам, а не по внутренним.

В помещении обычно зависимость такая: на 10 метров площади требуется 1 кВт мощности обогрева. Поэтому, имея 100 квадратов, ищем печь мощностью 10 кВт.  На всякий случай, смотрим в ее спецификации, какой объем она способна прогреть. Подходит — берем смело.

Возможен небольшой запас по мощности. Процентов на 10. Дальше уже превышать не стоит. Дело в том, что в этих системах теплоотдача не зависит от количества загруженных дров. От объема топлива напрямую зависит длительность горения. А вот выдаваемая мощность — только от площади поверхности.

Следовательно, выбирая большую по размерам печь — в итоге получим перегрев и перерасход топлива.

Точно так же и в обратную сторону. Если взять печь с дефицитом мощности — форсировать ее не получится. Как и не получится нормального прогрева комнаты до нужной температуры.

Выбирая модель, стоит обратить внимание на удобство регулировок.  В печах с длительным горением это важно. Они капризны в настройке, так что придется какое-то время приноравливаться.

Также обращаем внимание на наличие прочистных лючков и ревизий. К сожалению, в таких печках зарастание сажей может проходить очень быстро. Лучше сразу позаботиться об удобстве чистки.

По этой же причине на выходе из печки обязательно нужно ставить тройник, позволяющий чистить трубу. Это обязательно придется делать минимум раз в год.

Такие печки лучше подключать к дымоходам из двухконтурных труб. Причем, лучше брать более дорогие разновидности — в которых стоит не базальтовый утеплитель, а термоизоляция на основе каолина. Это надежней, поскольку допустимый рабочий диапазон такого силикатного утепления много выше.

Менеджеры из специализированных магазинов советуют разные варианты. Но помните: трубы лучше выводить традиционным способом сквозь перекрытия — чтобы в основном они шли внутри помещения.

Если же, по каким-то конструктивным особенностям, прокладка дымовой трубы через перекрытия и этажи невозможна — остается только вывести ее коленом через стену и дальше тянуть снаружи. Тогда лучше брать трубы с увеличенным объемом теплоизолятора. Или утеплить своими руками дополнительно.

В противном случае — возникнут постоянные проблемы с чисткой канала и неустойчивой работой камеры дожигания пиролизных газов в самой печи.

Не менее важно тщательно выбирать топливо. Всеядности от пиролизных конструкций, в отличии от традиционных печей, ожидать не приходится. Печи длительного горения крайне требовательны к горючему.

Прежде всего, дрова должны быть абсолютно сухими. На излишне влажном топливе печь работать хорошо не будет.

То же самое касается смолистой древесины и, так называемых, «газовых» бурых углей. В некоторых печках допускается сжигание низкокалорийных бурых углей.

Несоблюдение этих правил ведет к постоянным проблемам с забитым дымоходом.

Небольшая видео-инструкция по выбору печи длительного горения.

Большая проблема печей длительного горения в том, что они почти не поддаются регулировке. Точнее, степень нагрева их поверхности практически невозможно менять.

Есть литые чугунные печки, у которых, для пущей универсальности, на верхней поверхности встроена конфорка. Это очень удобно, особенно в дачных условиях.

Беда в том, что уменьшить огонь под ней не удастся совсем. Из-за особенностей организации движения газов конфорка ставится над зоной горения пиролизных газов. Понижение температуры в этом объеме невозможно даже в принципе.

Поэтому (если уж захотелось приобрести печку универсального плана) лучше остановить свой выбор на той модели, у которой эта конфорка закрывается дополнительной ажурной крышкой. Ставится она чаще на чугунных печах.

Крышка эта не для красоты или не для маскировки конфорки в моменты, когда она не требуется. Это способ отдалить дно кастрюли или иной посуды от зоны максимального нагрева.

То есть можно сказать, что посуда на конфорке со снятыми кольцами — максимальный нагрев. Посуда на конфорке, но кольца на штатном месте — режим среднего нагрева. Посуда на закрытой решетке — минимальный нагрев, функция сохранения пищи теплой.

Если приноровиться, то получается довольно ловко и удобно. Просто нужна привычка. Освободиться от привычки плавной регулировки, возможной на современных кухонных плитах — довольно сложно. Тут, скорее, ступенчатая регулировка — как на электрических примитивных печках.

Как решить вопрос своими силами

Несмотря на некоторую сложность принципа действия, самодельная металлическая печь длительного горения вполне возможна. Проще всего поддаются повторению простые стальные печи без внешнего оребрения, из листового металла.

Но, при желании, можно создать и подобие булерьяна. Правда, для такого проекта лучше взять профильные трубы. Их легче сваривать, кроить и пристыковывать к топке в домашних условиях.

Дымовую трубу практичнее брать готовую, сэндвич из арсенала печников-каминщиков. Предпочтение следует отдавать не клепанным, и не сваренным точечной сваркой. А тем, у которых лист, образующий внутреннюю обойму (непосредственно дымовой канал), соединен встык и проварен по всей длине.

Ниже видео, проясняющее создание печки в стилистике бурельяна из профильных труб. Конечно, навык работы с металлом и наличие сварочного аппарата обязательно. Все швы в таких печах должны быть тщательно проваренными. Работа на прихватках недопустима.

В отечественных толкованиях печки часто неудобная регулировка. Точнее, расположение органов регулировки крайне неудобно. В импортных моделях часто на печи ставятся удлиненные тяги, выводящиеся с лицевой стороны печи. Хороший пример — канадский булерьян, где управление шибером дымовой трубы выходит на фасад.

На самодельном варианте тоже стоит попытаться пойти по такому пути. Некоторые сложности на этапе разработки позволят сильно упростить будущую эксплуатацию и сделать ее намного комфортнее.

Автор статьи: Поляков Илья Сергеевич, автор книг по печному ремеслу (Ивановский энергетический институт им. Ленина по специальности ТЭС).