Какая теплоотдача у кирпичей

Дымовой

При выборе конструкции печи учитывают количество отапливаемых комнат, теплопроводность строительных конструкций, размер и количество окон и дверей, облицовку помещений и т.д.

Прогрев помещения и поддержание в нем нормальной постоянной температуры при печном отоплении зависит не только от теплоотдачи печи (хотя это и является определяющим фактором), но и от теплоизоляционных свойств самого помещения.

Теплоотдачу отопительной печи рассчитывают, исходя из теплопотерь всех отапливаемых печью помещений с учетом теплопотерь каждого вида строительных конструкций.

Величина удельных теплопотерь 1 м 2 некоторых видов строительных конструкций одноэтажного дома (при температуре наружного воздуха 25°С)

Более простой способ расчета требуемой тепловой отдачи печи заключается в том, что теплопотери отапливаемого помещения (или нескольких помещения) вычисляют исходя из того, что для нагрева 1 м 3 помещения до 18°C требуется примерно 21 ккал/ч. Чтобы определить теплопотери всего помещения, величину удельных теплопотерь умножают на объем отапливаемого помещения.

После расчета требуемой теплоотдачи необходимо определить площадь зеркала (нагреваемой поверхности) печи. Для обычных отопительных печей средняя высота зеркала составляет порядка 2 м. Чтобы получить более точные данные о площади зеркала конкретной печи, величину тепловой отдачи печи делят на 300 ккал/ч (именно столько тепла отдает 1 м 2 зеркала).

Зная площадь зеркала, можно определить периметр печи и длину каждой ее стороны. Для этого площадь зеркала делят на активную (нагревательную) высоту печи. Полученную величину делят на 2. Таким образом, мы находим длину двух сторон печи. Ширина и длина печи могут варьироваться, но в любом случае при сложении должны быть равны длине двух сторон печи.

Для теплоотдачи печи имеют принципиальное значение размеры топочного пространства, в котором происходит сжигание топлива.

Чтобы в топке успевало сгореть все топливо, необходимо, чтобы топливник имел определенную высоту:

• для дров — 80-100 см,
• для каменного угля — немного выше, так как для горения угля требуется больше воздуха,
• для сухого торфа — 65-75 см,
• для влажного торфа — более 80 см.

Оптимальная ширина топки для небольших печей составляет 20-25 см, для больших печей — 30-38 см.

Теплоаккумуляция и теплоотдача печей

Стенки топливника и дымовых каналов, получив теплоту от сожженного топлива, накапливают и передают ее через толщу своего массива наружным поверхностям печи. Чем тоньше стенки, тем скорее через них передается теплота. Толстостенными называют печи с наружными стенками толщиной 120 мм и более; тонкостенными — печи со стенками топливника толщиной до 120 мм и прочими стенками толщиной до 70 мм.

Наружные поверхности кирпичных тонкостенных печей (в 1/4 кирпича — каркасные или в футляре) начинают прогреваться уже через 20. 30 мин после растопки печи, а толстостенных печей (толщина стенок от 1/2 кирпича и более) только через 1. 1,5 ч. Продолжительность теплоотдачи небольших тонкостенных кирпичных печей не превышает 10. 12 ч, в то время как теплоотдача больших массивных печей может продолжаться 24 ч и более.

Средняя температура внутренней облучаемой поверхности топливника составляет 450. 600 °С. Внутренние стенки дымовых каналов нагреваются до 230. 350 °С. Средняя суточная температура наружной теплоотдающей поверхности толстостенных оштукатуренных печей равна 55. 60 °С, при максимальной температуре этой поверхности в отдельных точках до 90 °С. Средняя суточная температура наружной поверхности тонкостенных печей при двухразовой их топке в сутки составляет 60. 70 °С, а максимальная (на короткий промежуток времени) может достигать 120 °С. Наибольшая температура на поверхности толстостенных печей обычно бывает через 2,5. 3 ч после ее растопки, у тонкостенных печей — через 1,5. 2 ч. Затем температура наружных поверхностей постепенно снижается.

Таким образом, теплоотдача печи в период между двумя топками происходит за счет теплоты, аккумулированной печным массивом во время топки печи. Это количество теплоты тем больше, чем больше массив печи и выше температура, до которой он был разогрет. Свойство печи поглощать и накапливать теплоту во время топки и постепенно отдавать ее помещению в последующие часы называют аккумулирующей способностью печи.
Количество теплоты, аккумулированной печью за время топки, определяют по формуле

где Q_akk — количество теплоты, аккумулированной печью, Дж; V — объем прогреваемой кладки печи, м3; σ— плотность кладки печи (масса 1 м3 в кг), кг/м3; с — удельная теплоемкость материала, из которого выполнена печь, т. е. количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы 1 кг материала нагреть на один градус; Δt — разность между средней температурой массы и сива печи перед топкой и его средней температурой после топки, град.

Теплоотдающей поверхностью печи считается: находящаяся в пределах активной высоты печи поверхность стенок печи, омываемая с одной стороны воздухом, а с другой омываемая дымовыми газами или соприкасающаяся с горящим топливом; перекрыша при высоте печи не более 2,1, м; поверхность стенок воздухонагревательных камер.

Теплота от нагретых тбплоотдающих -поверхностей печи передается окружающему воздуху и предметам следующими способами: прямым лучеиспусканием, когда тепловые лучи, исходящие от печи, пронизывают окружающий воздух и попадают на окружающие предметы с более низкой температурой, чем поверхности печи; соприкосновением движущегося около печи воздуха с ее нагретыми стенками. Воздух, соприкасаясь непосредственно со стенками печи, нагревается, становится легче и поднимается вверх. Его место занимают соседние нижележащие слои и таким образом около разогретой печи создается постоянное движение воздуха.

Полное количество теплоты, отдаваемой печью в помещение, равно сумме количеств теплоты, переданной первым и вторым способами. Оно находится в прямой зависимости от степени разогрева ее теплоотдающих поверхностей и прямо пропорционально разности температур этих поверхностей и окружающего воздуха и предметов.

Однако теплоотдача печи в течение суток происходит неравномерно. Как было указано выше, максимальные температуры на поверхности печи с периодической топкой наблюдаются у толстостенных печей через 2,5. 3 ч после растопки, а тонкостенных — через 1,5. 2 ч. В этот момент печь выделяет максимальное количество теплоты, превышающее то среднее количество, на которое ее рассчитывали, исходя из теплопотерь помещения Этот избыток теплоты частично поглощается массивом наружных ограждений: стен, пола, потолка и комнатной обстановки.

На короткий промежуток времени температура комнатного воздуха становится несколько выше расчетной внутренней температуры помещения (для жилых комнат 18 °С). Затем массив печи постепенно остывает, после чего наступает короткий период установившегося теплового состояния, когда печь выделяет в час ровно столько теплоты, сколько ее расходуется через наружные ограждения. В этот период все предметы, получившие ранее запас . теплоты, сохраняют его неизменным. Наконец, наступает третий период, когда остывающая печь выделяет теплоты меньше, чем это требуется для поддержания в помещении нормальной температуры. Температура воздуха в помещении начинает понижаться, тогда все предметы, обладающие более высокой температурой и, следовательно, некоторым запасом теплоты, начинают отдавать ее окружающему воздуху, за счет чего температура помещения выравнивается.

Таким образом, несмотря на неравномерность отдачи теплоты поверхностями печи достигается некоторое выравнивание комнатной температуры во время перерыва между топками. При применении толстостенных печей отмеченное колебание температур в помещении бывает меньше, чем при применении тонкостенных. При печном отоплении колебания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений не должны превышать ±3 °С в течение суток.

Теплоотдача печи зависит от количества сожженного в ней топлива и может меняться в широких пределах. За нормальную теплоотдачу печи принимают среднее количество теплоты, которое выделяется печью в течение 1 ч при двух топках в сутки отопительные печи следует выбирать так, чтобы средняя часовая теплоотдача их равнялась расчетным теплопотерям отапливаемых ими помещений. Среднюю часовую теплоотдачу теплоемких печей периодической топки следует рассчитывать, исходя из двух топок в сутки, а печей длительного горения принимать равной расчетным теплопотерям помещений.

Двукратная топка печи в сутки — утром и вечером — это режим, который обеспечивает рациональное и выгодное использование массива печи. При средних зимних температурах наружного воздуха, наиболее часто повторяющихся в отопительный период, осуществляется нормальная одноразовая топка печи. При пониженных наружных температурах печь топят два раза в сутки с некоторым увеличением общего количества топлива по сравнению с одноразовой топкой. В более теплые зимние дни достаточно протопить печь один раз в сутки, закладывая при этом меньшее количество топлива.

При соблюдении указанных режимов можно не строить массивных печей, которые необходимы для обогрева помещения при одноразовой тoпке, а пользоваться менее громоздкими печами, но топить их два раза в сутки. При этом объем, стоимость печи и полезная площадь, занимаемая ею, уменьшаются, а работа печи протекает при более высоком коэффициенте полезного действия.

Часовая теплоотдача 1 м3 перекрыши печи при высоте печи 2,1 ми менее составляет в среднем 50 % от часовой тепло отдачи 1 м3 стенок. Теплоотдача стенки печи в отступке, от крытой с обеих сторон, принимается равной 75 % от теплоотдачи открытой стенки при ширине отступки от 70 до 130 мм При отступках шириной более 130 мм теплоотдача принимается та же, что и для открытых поверхностей печей.

О печной «мощности» и теплоотдаче

Небывалый за всю историю страны рзз — мах дачного строительства, сопоставимый по финансовым затратам с восстановлени­ем народного хозяйства в годы послевоен­ных пятилеток, возродил спрос на системы индивидуального или по иной терминоло­гии — «местного отопления-, в качестве ко­торых чаще всего используются кирпичные и металлические печи разных конструкций, размеров, а следовательно, и разной те­пловой мощности.

Какую печь выбрать для своего загород­ного дома — кирпичную или металлическую, большую или маленькую, а самое главное — по каким критериям её выбирать? На эти во­просы домовладелец. как правило, ответов не имеет. 8 луоием случае печнику предъявляются д ва «требо­вания-: от хозяина — чтобы печь грела, и от хозяйки — чтобы ота была красивой. Но просто греть может как большая, так и ма­ленькая печь, и кирпичная, и металлическая, а что касается кра­соты, то печь, как ичелоеек — в ней есе должно быть красиво: и «душа», и «тело», и — одежда-.

Впрочем, красота лечи—тема сама по себе важная и достой­на отдельного разговора, но мы её затрагивать не будем. Во всем многообразии печей нам надо найти среда них ту един­ственную, которая лучше всего подходит по мощности и скоро­сти теплоотдачи.

Если загородный д ом предназначен для периодического про­живания. скажем, только в выходные дни, следует отдать пред­почтение печам с высокой скоростью теплоотдачи и. следова­тельно, с малой теплоаккумулирующей способностью. Яркими представителями этого класса являются металлические печи. Следом за ними по скорости теплоотд ачи идут изразцовые и ка­фельные печи, построенные из спе­циальных керамических блоков, а за­тем печі из огнеупорного кирпича, сложенные на ребро и обязательно (в соответствии с требованиями по­жарной безопасности) защищенные металлическим кожухом.

Для постоянного проживания нуж­на совсем другая печь — массивная, толстостенная, с высокой теплоак­кумулирующей способностью. От такой печи при правильной ее экс­плуатации можно легко добиться по­стоянства температуры внутри от­апливаемого помещения в течение длительного времени

Что касается другого параметра — мощно­сти, то тут дело обстоит не так просто. С одной стороны застройщик не знает, сколько тепла теряет его дом, поскольку дом строился либо без проекта, либо по индивидуальному проек­ту, в котором вы не «йдете ни слова о каких — либо тепловых характеристиках С другой стороны, д омовладельцу д алеко не всегда по­нятен сам термин «мощность» применительно к печи. Действительно, всем понято, что ес­ли мы включаем лампочеу мощностью 100 Вт, то о® при номинальном режиме именно эту мащюсть и развивает от момента включения до момента выключения.

А что будет, если напряжение в сети упадёт или наоборот повысится? Соответственно, мощность лампы изменится. Поэтому и мощность лампы дале­ко не всегда соответствует той велтине. которая указшв на её колбе тл цоколе. В реальных условиях это усреднённая вели­чина за какой-то промежуток времени Можно рассмотреть ра­боту любого генератора любого вида энергии и при детальном анализе окажется, что его мощность не является постоянной, а изменяется во времени в зависимости от внешних условий. Печь, как генератор тепловой энергии, не является исключени­ем. а потому её паспортная тепловая мощность тоже величина усредненная.

Д ія примера рассмотрим характер отдачи модности во вре­мени двух разтых генераторов — электрического и обь»юй бы­товой печи, которая, как я уже говорил, по своей сути является генератором тепловой энергии. Допустим, что у обоих этих ге­нераторов паспортная мощность одинакова и равняется, ска­жем, 2 кВт. Суд я по различным описаниям, такую тепловую мощ­ность отдаёт сложенная из кирпича отопительная печь ОПТ• 1, имеющая размеры в плане 51 х77 см и высоту 215 см.

Электриюасий генератор разо­вьет свою паспортную мощность за сравнительно короткий промежу­ток времени, исчисляемый в одних случаях долями секунды, вдрутук — минутами, а затем будет стабильно работать в положенном ему режи­ме сколь угодно долго. На графи­ке (рис. 1) такой pexv. v мы вправе изобразил) прямой линией, парал­лельной оси времени.

У печи характер изменения мощ­ности во времени совсем другой. Розжиг, то есть пуск печи занимает
гораздо большее время, чем пуск генератора. Затем, после то­го. как дрова разгорятся, мощность печи вырастает в Ю-20 раз выше паспортной, а когда дрова частшно прогорят, резко сни­жается и достигает минимума к началу следующего розжига.

Характер изменения мощности можно изобразить некоей кривой, которая, строго говоря, дажеу одной и той же печи при каждой растопке будет различной. Если печь растоплена, дро­ва горят, то тепло вырабатывается и поступает в дом. А как же быть с мощностью? Да очень просто. Вот дрова прогорят, нагре­ют стенки печи и печь, постепенно остывая, отдаст тепло возду­ху помещения. А потом мы подсчитаем, сколько всего тепла она -отдала — в помещение и разделим эту величину на промежуток времени между двумя топками. Если печь топится два раза в сутки, отданное» количество тепла надо разделить на 12 часов, eow опии раз в сутки—на 24 часа. Так мы получим искомую ве­личину ее тепловой мощности.

На первый взгляд все очень просто, но вместе с тем весьма расплывчато. Ведь от того, какими дровами топить — осиновы­ми или дубовыми, какой величины сделать закладку, сколько раз подбрасывать дрова в течение одной топки — суммарное коли­чество выделившейся тепловой энергии будет различным, а, следовательно, и средний показатель мощности будет разным.

Раньше, теперь уже можно сказать — в стародавние времена, порядок определения паспортной мощности типовых печей ре­гламентировался стандартом, но и он предусматривал опреде­ление усреднённой величины этого показателя.

Во всех случаях, когда речь заходит об определении мощ­ности какого-либо устройства, одновременно возникает и другой вопрос: а каков коэффициент полезного действия (кпд) у этого устройства? Не вдаваясь в подробности расчё­тов. приведу сравнительные данные о величине кдддля неко­торых устройств (табл. /).

Из таблицы вдао, что по уровню полезного д ействия обычная бытовая печь облад ает несомненным преимуществом по сраане • нию не только с давным-давно забытым паровозом. И понятно, почему в печи нет каких-либо механ^несхих устройств, да и сама энергия претерпевает лишь од ин тил превращения—из химиче­ской в тепловую, грнем, последняя и является конечным полез­ным для нас продуктом. Отсюда и сравнительно высокий кпд

А теперь попробуем оценить, а сколько же дрое надо сжечь, чтобы получить среднюю за 12 часов мощность печи, равную 2 кВт. Зададимся исходными данными. Nop = 2 кВт, период времени т = 12 час, коэффициент полезного действия примем равным ii=0,7.

Теплопроводность керамоблоков

Керамические блоки становятся все более распространенным строительным материалом. Одной из их важнейших характеристик, которая влияет на потребительские качества, является теплопроводность.

Определение термина

В физике теплопроводностью называется способность тела (в нашем случае, поризованного блока) проводить тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Количественно она выражается в величине, называемой коэффициентом теплопроводности и обозначается как Вт/(м*С). Еще одни вариант международного обозначения – греческая буква λ (лямбда).

Проще говоря, теплопроводность керамического блока показывает, сколько тепла (в градусах) уходит из здания через внешнюю стену, в пересчете на единицу площади. Важно знать о том, что тем этот показатель ниже, тем меньше тепла будет уходить наружу, и тем более «теплой», при прочих равных условиях, будет стена.

Уровень теплопроводности тесно связан с другими характеристиками керамоблока (как впрочем, и любого другого строительного материала). В их числе:

• Пустотность.
• Пористость.
• Плотность.

Чем выше уровень пустотности, пористости и ниже плотность, тем теплопроводность будет ниже (что в нашем случае – хорошо), и наоборот. Получается, что оптимальная теплопроводность керамоблока достигается путем увеличения технологических пустот, а также пор (от чего и произошло название материала – поризованная керамика). Но при этом, как правило, будет снижаться плотность блока и его марка прочности. Сразу же хочется отметить, что этой прочности, в любом случае, с большим запасом будет достаточно для возведения малоэтажных (2-3 этажа) коттеджей с несущими стенами. И уж тем более ее будет достаточно для заполнения внешних стен и перегородок в многоэтажном каркасно-монолитном строительстве. Для сравнения: марка прочности газобетонных блоков в 2-3 раза ниже, чем у керамических блоков, но даже они вполне подходят для кладки несущих стен коттеджей.

Сравнение разных материалов

Сравним популярные стеновые материалы. Чтобы было понятно, приведенные ниже расчеты в таблицах основаны на СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Учитывалось, что в стенах нет дополнительной теплоизоляции (пенопласт, минеральная вата) или облицовочного кирпича.

* – сосна и ель поперек волокон; ** – ячеистый бетон плотностью 500 кг/1м3; *** – керамический блок Porotherm 38 Thermo, кладка на теплосберегающем растворе.

Теперь сравним коэффициент теплопроводности керамических блоков нескольких наиболее распространенных на российском рынке. Источники – официальные сайты производителей.

* На примере г.Москвы и Московской области. В других городах с разными климатическими условиями потребность в дополнительном утеплении может меняться. Информацию о других регионах на примере блоков Поротерм (Wienerberger) можно узнать на официальном сайте компании.

Кстати, в большинстве случаев небольшие блоки формата 2,1NF, также именуемые двойным поризованным камнем, имеют чуть худшую теплопроводность, по сравнению с более крупными «собратьями». Причем это касается всех производителей.

Коэффициент теплопроводности Поротерм и других перечисленных изготовителей примерно сопоставим. То же самое касается и теплопередачи внутренних перегородочных и доборных блоков. Кстати, о перегородках. В них уровень λ, как правило выше, чем для стеновых блоков и колеблется в пределах 0,20-0,25 Вт/(м*С). Однако это не является проблемой, поскольку они все равно используются только для внутренних работ.

Мои рекомендации по толщине стен

В таблице были рассмотрены лишь 4 производителя из числа наиболее распространенных. Есть и другие, но общая картина видна и так: мы видим, что при строительстве в климатических условиях Московского региона блоки толщиной 440мм и 510мм не требуют дополнительного утепления или использования облицовочного кирпича. В то же время, для всех блоков толщиной 250мм и части 330-миллиметровых требуется дополнительное утепление. В любом случае, ассортимент продукции, представленной на рынке – намного шире, чем в нашей таблице, поэтому в случае с каждым блоком разных производителей, все детали следует узнавать индивидуально.

При этом, теплопроводность поризованного кирпича, предназначенного для перегородок, не столь важна. Он используется для внутренних работ и не от него попросту не требуется таких же характеристик, как и для стеновых блоков.

Общие выводы

Как мы видим, теплопроводность теплой керамики – это исключительно важный параметр. Однако помимо этого, при выборе следует учитывать и другие факторы, в том числе климатические условия региона и отсутствие или наличие дополнительного утепления или отделки облицовочным кирпичом. В целом же, для средней полосы России подходят все керамоблоки. Тем не менее, если вы не хотите использовать дополнительную теплоизоляцию, то имеет смысл купить блоки толщиной 440мм или 510мм, или же некоторые разновидности 380мм блоков. Если же вас не смущает будущий монтаж дополнительной «термошубы», то вполне можно обойтись и блоками для толщины стен 250мм и 380мм, при том условии, что вы обеспечите дополнительную теплоизоляцию в виде минваты или пенопласта, и декоративной штукатурки. Плюс этого варианта в том, что вам будет достаточно более тонкого фундамента, что сократит расходы и сроки его возведения.