Изготавливаем печь длительного горения своими руками

Сегодня газовое отопительное оборудование является наиболее востребованным, но отправлять твердотопливные котлы и печи на свалку истории, пожалуй, пока рановато. Во многих регионах дрова обходятся гораздо дешевле газа, а кое-где они вообще являются единственным доступным топливом, так что работающие на таких энергоресурсах теплогенераторы все ещё нужны. Более того, это оборудование постоянно развивается и совершенствуется, избавляясь от многих своих недостатков. Пытаясь справиться с главнейшим из них — необходимостью часто подбрасывать топливо, – инженеры создали целое направление, которое принято обозначать термином «теплогенераторы длительного горения». О том, как своими руками сделать печь длительного горения, и пойдёт речь в нашей статье.

Устройство печи длительного горения

Те, кому приходилось топить дровами или углем обычную металлическую печь, хорошо знают, что расслабиться такой агрегат не позволяет — топливо приходится подкладывать в среднем каждые 4 часа.

Такое положение дел не могло оставить разработчиков равнодушными и многие из них задумались над созданием «долгоиграющих» печей. Логика подсказывала, что в первую очередь нужно увеличить ёмкость топочной камеры. Но одного этого явно было недостаточно: при обычном горении даже самая большая порция топлива всё равно израсходуется достаточно быстро, просто при этом мы получим избыточную мощность, и львиная доля выработанного тепла вылетит в трубу.

Необходимо было найти новый способ сжигания. Было предложено и реализовано несколько вариантов, а то, что получилось, так и назвали — печи длительного (ещё говорят — долгого) горения. Некоторые из них способны работать без перезаправки до нескольких суток. Правда, для этого пришлось отказаться от полной автономности: такие печки нуждаются в электроснабжении.

Разновидности теплогенераторов длительного горения

Итак, печь или котёл с долгим горением легко можно узнать по огромной топке: вместо обычных 50 л её объем может составлять 100, 150, а у некоторых гигантов — даже более 200 л. А по принципу действия такие установки делятся на несколько групп.

Печи с верхним горением

Конвекционные потоки увлекают пламя вверх, поэтому при розжиге сверху топливо горит дольше. Этот простой принцип лежит в основе работы печей с верхним горением. Чтобы сделать перемещение пламени ещё более постепенным, воздух подают ограниченно и прямо в зону горения.

Недостатки

1. Поскольку активная зона, то есть область пламени, постоянно перемещается сверху вниз, воздуховод приходится делать подвижным — в виде телескопически складывающейся трубы. Этот элемент сложен в изготовлении, кроме того, увеличивается вероятность его заклинивания.
2. В печах данного типа невозможно установить водяной теплообменник — опять же из-за «непостоянства» зоны горения.
3. Загрузку новой порции топлива можно осуществлять только после того, как полностью прогорит предыдущая, иначе новая закладка загорится снизу и быстро сгорит.
4. Мелкофракционное топливо вроде опилок часто прилипает к стенкам топки.

Изготовить полноценную печь с верхним горением в домашних условиях невозможно, но народные умельцы разработали несколько упрощённых разновидностей с неплохими показателями. Самая популярная из них — так называемая печь Бубафоня (названа по имени разработчика — Афанасия Бубякина).

Пиролизные печи

Принцип действия этих теплогенераторов основан на способности органического топлива «таять» под воздействием высокой температуры, постепенно превращаясь в газовую смесь. Её состав достаточно разнообразен — от метана до азота, и почти все компоненты являются горючими. По-русски процесс «таяния» древесины или угля называют «газогенерацией», на греческий манер — пиролизом. Чтобы топливо не вспыхнуло, доступ воздуха в камеру, где оно разлагается, ограничивают. Сжигание же пиролизного газа происходит в соседней камере, куда воздух подаётся в достаточном количестве.

Пиролизная печь — замечательное изобретение. Она не только долго работает без участия пользователя, но ещё и является экономичной (за счёт полного сгорания топлива КПД достигает 85%), экологичной (второе название — бездымная печь) и крайне удобной в эксплуатации: это фактически газовая печь со встроенной газогенераторной установкой. Но изготовить её самостоятельно невозможно. Самый сложный узел — система подачи воздуха, которая должна управляться хитроумной электроникой.

С принудительной подачей воздуха

Создатели этого отопителя решили подойти к делу с другой стороны: нельзя ли оставить в печи все как есть, но научиться по необходимости тушить её и разжигать без помощи владельца? Действительно, если бы такую идею удалось реализовать, топливо не сгорало бы в топке сразу, поскольку печь работала бы короткими циклами. Потушить твердотопливную печь достаточно просто — нужно только перекрыть подачу в неё воздуха.

А вот как её разжечь без участия пользователя? Тяга в дымоходе отсутствует и если просто открыть заслонку, пламя не разгорится. Выход один — установить вентилятор, который и будет раздувать огонь. С его же помощью можно регулировать интенсивность горения, то есть мощность печи.

Для самостоятельного изготовления этот вариант наиболее доступен. Он представляет собой классическую твердотопливную печь, оснащённую воздуховодом и недорогой системой автоматики. Созданием такого теплогенератора мы и займёмся.

Обратите внимание! Некоторые производители широко рекламируют энергонезависимые печи длительного горения, которые на поверку оказываются обычными «буржуйками». Хитрость состоит в следующем: отопитель предлагают эксплуатировать не в режиме пламенного горения, а в режиме тления, для чего просто нужно прикрыть заслонки поддувала и дымохода.

Действительно, закладка топлива при этом будет гореть несколько дольше, но у такого режима эксплуатации есть целый ряд недостатков:

• топливо сгорает не полностью, а значит КПД печи сильно падает;
• топка и дымоход очень быстро зарастают сажей (интенсивно образуется дым);
• в атмосферу выбрасывается большое количество угарного газа и других недогоревших частиц (тяжёлых углеводородных радикалов), являющихся токсичными и химически агрессивными;
• сочетание низкой температуры и большого количества дыма приводит к обильному образованию в дымоходе ядовитого конденсата, который даже запрещают сливать вблизи огородных культур и плодовых деревьев.

Тем не менее такие печи являются довольно востребованными. Они незаменимы в полевых условиях, например, в экспедиции или на передвижном лесозаготовительном пункте, где электроснабжение отсутствует. Будучи способными работать на одной закладке топлива около 8 часов, пусть даже с небольшим КПД, они позволяют бригаде выспаться.

Описание конструкции и принцип работы

По своему устройству печь длительного горения с принудительной подачей воздуха очень похожа на печь обычную, но имеется ряд принципиальных отличий:

1. Дверцы топки и зольника закрываются герметично.
2. Воздух в поддувало поступает по воздуховоду, входное отверстие которого находится на тыльной стороне печи. Длина данного элемента подобрана таким образом, чтобы поступающий воздух успевал хорошо прогреваться.
3. В воздуховоде установлен вентилятор марки KG Elektronik DP-02 (Польша), перед которым имеется лёгкая заслонка из жести. Нагнетаемый поток воздуха заставляет её подниматься, но как только вентилятор выключится, заслонка под собственным весом захлопывается и поступление кислорода в топку полностью прекращается. Работой вентилятора управляет контроллер марки KG Elektronik SP-05. Он ориентируется на показания температурного сенсора. Вся автоматика — вентилятор, контроллер и термодатчик — продаётся одним комплектом.

Обратите внимание! В продаже имеются наборы автоматики внешне похожие на продукцию KG Elektronik, но имеющие китайское происхождение. Их надёжность и долговечность оставляют желать лучшего.

Принцип действия данной печи позволяет без снижения характеристик отбирать теплоту не только воздухом, но и жидкостным теплоносителем — водой или антифризом. Таким образом, если агрегат оснастить теплообменником, то его можно будет подключить к радиаторной системе отопления. Рекомендуемая ёмкость теплообменника — 50 л. Основной его объём будет располагаться над топкой, а небольшая часть охватит её в виде водяной рубашки.

При наличии теплообменника термодатчик устанавливается на его стенке. При остывании теплоносителя он даст команду контроллеру запустить вентилятор и котёл разгорится. Как только температура рабочей среды достигнет установленного пользователем максимума, тот же термодатчик заставит контроллер выключить вентилятор. Гравитационная заслонка опустится и печь потухнет.

Расчёт параметров

Расчёт твердотопливного отопительного прибора имеет целью определить две величины: объем топки, с помощью которого можно будет обеспечить требуемую мощность, и размеры поперечного сечения дымохода. Рассмотрим обе части расчёта детально и в привязке к выбранной нами печи.

Объём топки и мощность отопительной печи

Оценить приблизительно производительность твердотопливной печи по теплу достаточно просто. Предположим, объем её топки составляет Vт = 50 л.

Объем помещающихся в неё дров рассчитаем по формуле: Vд = Vт * Кз.

Где Кз — коэффициент заполнения топки, обычно принимают Кз = 0,63.

Следовательно, Vд = 50 * 0,63 = 31,5 л.

Следующим шагом определяют массу дров. Для этого нужно знать их плотность — она зависит от разновидности древесины:

• сосна — 470 кг/м³;
• берёза — 600 кг/м³;
• бук — 620 кг/ м³;
• дуб — 650 кг/ м³.

Массу дров вычислим по формуле: М = Vд * р.

Где р — плотность древесины.

Если расчёт выполняется, к примеру, под дубовые дрова, то М = 0,0315 * 650 = 20,5 кг.

Количество тепловой энергии, которое получится при сжигании этой массы дров, вычислим по формуле: Q = М * 0,8 * Т * КПД.

Где 0,8 — данное число показывает, какая часть топлива сгорает полностью (80%);

Т — удельная теплотворная способность топлива, МДж/кг:

• дуб — 20 МДж/кг;
• бук — 15,5 МДж/кг;
• берёза — 16,5 МДж/кг;
• осина — 18,2 МДж/кг.

КПД — КПД печи: для рассматриваемого здесь агрегата КПД можно принять равным 75%.

Тогда: Q = 20.5 * 0.8 * 20 * 0.75 = 246 МДж.

Для определения мощности отопителя воспользуемся формулой: W = Q / t.

Где t — время горения одной топливной закладки, с. В обычном режиме такая масса дров будет гореть чуть дольше 2 часов, следовательно, принимаем t = 8200 с.

Тогда W = 246 * 1 000 000 / 8200 = 30 000 Вт = 30 кВт.

Но такой расчёт применим к традиционным печам, в которых топливо сжигается обычным способом. В теплогенераторах длительного горения режим несколько иной, да и время сгорания топлива может меняться, поэтому приведённая здесь методика зачастую даёт большую погрешность.

Для более точной оценки следует, если есть такая возможность, воспользоваться опытными данными. Так, по свидетельству пользователей, занимавшихся изготовлением печей с принудительной подачей воздуха, при объёме топки в пределах 100л с каждого литра удается снять примерно 0,205 кВт.

Печь, которую в данной статье предлагается сделать своими руками, будет иметь топку объемом 112 л. Тогда ее мощность составит примерно 112 * 0,205 = 23 кВт. Полезный объём составит примерно 70–80 л.

Учитывая, что средняя длина полена составляет примерно 40 см, длину топки примем равной 46 см. Тогда ее ширину и высоту можно принять равными, соответственно, 36 см и 25 см.

При таких размерах печь будет весить около 150 кг.

Время работы без перезаправки топлива составляет 10 – 12 часов для древесины и около 24 часов для угля.

Определение размеров поперечного сечения дымохода

Требуемая площадь сечения дымохода зависит от мощности подключённого к нему теплогенератора. Соотношение этих величин приведено в СНиПе, посвящённом организации систем отопления, вентиляции и кондиционирования:

• для установок мощностью до 3,5 кВт сечение дымохода должно иметь размеры не менее 140х140 мм;
• при мощности от 3,5 до 5,2 кВт — 140х200 мм;
• от 5,2 до 7 кВт — 140х270 мм;
• свыше 7 кВт — 270х270 мм.

В случае подключения теплогенератора к круглой стальной трубе площадь её сечения должна быть такой же, как у прямоугольных дымоходов, перечисленных в СНиПе. Следовательно, для нашей печи с её мощностью в 23 кВт минимальная площадь сечения круглого дымохода равна 27 х 27 = 729 кв. см, то есть его диаметр должен быть не менее 30,5 см.

Материалы и инструменты

Для изготовления печи длительного горения потребуется стальной прокат. Идеальный вариант — выполнить заготовки из жаропрочной стали с добавками молибдена и хрома. В качестве примера можно привести марки 12Х1МФ и 12ХМ. Но следует быть готовым к тому, что данный материал обходится достаточно дорого.

Если удорожание самодельной «долгоиграющей» печи в ваши планы не входит, используйте обычную конструкционную сталь. Стоит она намного дешевле легированной, только нужно правильно подобрать марку. Наиболее долговечными самодельные теплогенераторы получаются из марки Сталь 20 (выдерживают 15-летнюю эксплуатацию). Но можно использовать и другие низкоуглеродистые марки — Сталь 10, Ст.3 и пр. Марки с более высоким содержанием углерода — от марки «Сталь 35» и выше — при воздействии высокой температуры подвергаются закалке. Вследствие этого они становятся хрупкими, поэтому для изготовления печи не годятся.

С материалами всё понятно, теперь рассмотрим конкретные разновидности проката, которые нам потребуются:

1. Листы толщиной 3 и 4 мм (для изготовления топки и теплообменника).
2. Листы толщиной 0,3–0,5 мм с цветным полимерным покрытием (обшивка).
3. Равнополочный уголок 50х4 мм (понадобится для изготовления колосниковой решётки).
4. Труба диаметром 50 мм (из неё изготовим патрубки теплообменника и жаровые трубы).
5. Труба диаметром 150 мм — для дымоотводящего патрубка.
6. Труба прямоугольного сечения 60х40 мм (воздуховод).
7. Полоса 20х3 мм.

Кроме того, потребуются такие материалы и изделия:

• 20-миллиметровая базальтовая вата плотностью 100 кг/м³;
• ручки и петли для дверок;
• асбестовый шнур (используется в качестве уплотнителя).

Конструкция будет сварной, поэтому домашнему умельцу следует вооружиться сварочным аппаратом. Можно использовать электроды марок МР-3С или АНО-21. Также понадобятся болгарка и дрель с набором свёрл по металлу. Всё остальное — инструменты для обычной слесарной работы да рулетка с карандашом.

Подготовительные работы

Стальной прокат нужно разрезать на заготовки. Конечно, сделать это можно и своими силами — при помощи болгарки, но более рациональный способ — заказать раскрой в какой-нибудь мастерской, оборудованной гильотинными ножницами и газовым резаком. Работа будет выполнена быстрее и качественнее. Да и обойдётся она ненамного дороже ручной резки, ведь диски для болгарки тоже стоят денег.

Чертёж: фронтальный и боковой разрезы печи

Стальные листы нужно разрезать на детали, перечень которых отображён в таблице.

Таблица: количество и размеры стальных листов

Длина и ширина заготовки (мм)	Количество
Стальной лист толщиной 3 мм
440х420	1
420х210	1
900х500	2
900х400	1
500х400	3
350х140	1
390х350	1
Стальной лист толщиной 4 мм
360х170	1
400х70	4
400х50	1
150х70	2
900х360	1
900х460	2
500х360	1
360х150	1
360х360	1

Также необходимо изготовить патрубки из труб и детали колосниковой решётки из уголков.

Ясно, что при весе в 150 кг перемещать печь в готовом виде будет затруднительно. Поэтому собирать её следует прямо на том месте, которое предназначено для установки. Его также необходимо подготовить:

1. Место выбирается так, чтобы печь отстояла от стен не менее, чем на 1 м. Если на стенах имеется отделка из негорючего материала, например, вермикулитовая штукатурка, указанное расстояние можно сократить до 0,85 м.
2. Из любого негорючего материала сооружается подставка, выходящая за границы печи на 300 мм в каждую сторону. Проще всего выложить её из кирпича.

На полу со стороны топочной дверцы настилается базальтовая или асбестовая подкладка, а поверх неё — стальной лист толщиной не менее 1,5 мм. Размеры этого несгораемого покрытия подбираются таким образом, чтобы пол был им защищён в радиусе 1,2 м от оси топочной дверцы.

Пошаговая инструкция с фото

Изготовление топки

На начальном этапе все детали — они вырезаны из листа толщиной 4 мм — прихватываются точечной сваркой. К днищу приваривают боковые стенки, затем свод (он же является днищем теплообменника) и обрамления проёмов дверок. То что должно получиться — изображено на рисунке. Как видно, днище несколько выходит за стенки топки. Передняя его часть одновременно является нижним обрамлением проёма зольной камеры.

Далее к боковым стенкам изнутри привариваются уголки, на которых будет лежать колосниковая решётка.

После сборки конструкции все стыки заваривают сплошным швом. Затем топка проверяется на герметичность.

Теплообменник с водяной рубашкой

Наружные стенки теплообменника выполнены из листовой стали толщиной 3 мм. Толщина водяной рубашки, охватывающей топку, составляет 20 мм. Её объем ограничивается отрезками полосы, которые приварены к топке и имеют выпуск в 20 мм — на толщину теплоизоляции. К ним впоследствии будет прикручиваться обшивка. Дно рубашки располагается на уровне колосниковой решётки.

Водяная рубашка упрочнена короткими отрезками прута, которые называются клипсами. Они располагаются в шахматном порядке. Сначала клипсы приваривают встык к топке, затем монтируют наружную стенку с предварительно проделанными под них отверстиями. После этого каждую клипсу приваривают снаружи к внешней стенке сплошным швом.

На расстоянии в 50–100 мм от переднего края можно установить клипсы, изготовленные из стальной полосы: здесь они доступны для сварки, поэтому их можно приварить к обеим стенкам, не проделывая отверстий во внешней.

Все места соединений элементов водяной рубашки должны быть герметично заварены.

Жаровые трубы внутри теплообменника

Эти элементы устанавливаются в отверстия, проделанные в передней и задней стенках. К передней стенке они слегка расходятся, образуя подобие веера. С торца каждую трубу следует проварить сплошным швом.

Изготовление колосниковой решётки и дверок

«Прутья» решётки выполняются из уголка 50х4 мм. Важно расположить их именно так, как показано на рисунке — углом вниз. При таком исполнении решётка становится обтекаемой для поступающего снизу воздуха и распределяет его более равномерно.

Дверцы представляют собой вырезанные из листа прямоугольники, к внутренней поверхности которых приваривается в два ряда полоса. Между этими рядами образуется паз, в который укладывается уплотнитель — асбестовый шнур. Дверцы оснащаются ручками и петлями заводского изготовления.

Установка воздуховода и патрубков

Воздуховод, выполненный из прямоугольной трубы сечением 60х40 мм, монтируется согласно чертежу. Он должен быть снабжён фланцем, посредством которого будет присоединяться вентилятор. Вход воздуховода в зольную камеру выполнен в задней стенке.

Для подключения печи к системе отопления в стенки теплообменника врезаются патрубки из трубы диаметром 50 мм.

Также необходимо установить патрубок дымоудаления.

Монтаж кронштейнов и утеплителя

Кронштейны — это детали, к которым будет прикручиваться обшивка. Они привариваются к внутренним элементам печи, как показано на рисунке.

Теперь теплообменник с водяной рубашкой нужно обложить сбоку и сверху базальтовой ватой, связав её асбестовым шнуром.

Обратите внимание! Применение стекловаты вместо базальтовой не допускается, так как она плавится уже при 400 градусах.

Обшивка и установка дверок

Тут особо комментировать нечего: декоративные панели прикручиваются к кронштейнам винтами, дверцы навешиваются на петли. После этого их (дверки) следует окрасить термостойкой эмалью. Не забудьте снять с декоративных панелей защитную плёнку.

Монтаж комплекта автоматики

Вентилятор следует прикрутить к фланцу воздуховода, температурный сенсор закладывается под базальтовую вату у задней стенки теплообменника. Модуль управления с контроллером удобно разместить на верхней крышке.

Эксплуатация и обслуживание печи

Печь длительного горения с принудительной подачей воздуха предельно проста в использовании:

1. Топливо — дрова или уголь — загружается в топку и поджигается обычным способом.
2. Плотно закрыв дверцу, пользователь устанавливает на модуле управления диапазон температур теплоносителя. Не забывайте, что на теплообменниках твердотопливных отопителей при низкой температуре теплоносителя образуется очень агрессивный конденсат, поэтому нижнюю границу диапазона рекомендуется устанавливать не менее 50 градусов.
3. Установив режим работы, пользователь нажимает клавишу Start. Контроллер запускает в работу вентилятор и в топку начинает поступать воздух. В процессе работы система самостоятельно корректирует скорость вращения нагнетателя, выводя печь на необходимую для разогрева теплоносителя мощность.

Дальнейшее происходит в уже описанном порядке: контроллер при помощи вентилятора попеременно то тушит печь, то снова её активирует.

Время от времени печь и дымоход следует очищать от золы и сажи.

Модернизация самодельной печи

Пользователю доступны несколько усовершенствований:

1. В теплообменнике можно установить змеевик для нагрева водопроводной воды (контур ГВС). Делается он из медной трубки диаметром 8–12 мм и длиной около 10 м. Трубку обматывают вокруг жаровых труб и выводят оба конца наружу через отверстия в задней стенке.
2. На случай долгого отсутствия хозяев в теплообменнике можно установить ТЭН. Назначение этого устройства состоит не в полноценном отоплении дома, а в том, чтобы не дать системе замёрзнуть. Поэтому ТЭН может иметь гораздо меньшую, чем сама печь, мощность: 3–5 кВт. Никаких дополнительных средств автоматики устанавливать не нужно, достаточно выбрать ТЭН со встроенным терморегулятором (сегодня такие легко можно найти в продаже) и настроить его на температуру, допустим, в 20 градусов.

Также в теплообменник можно врезать гильзу для установки обычного термометра — это на случай отключения электричества, без которого электронный термодатчик, да и отображающий температуру дисплей, окажутся неработоспособными.

Видео: как сделать печь долгого горения из кирпича своими руками

При нынешнем уровне развития технологий владельцу твердотопливной печи вовсе не обязательно вскакивать среди ночи и бежать в поленницу за очередной вязанкой дров. Придуманы агрегаты, способные работать без участия пользователя по нескольку суток. Некоторые из них могут быть изготовлены только в заводских условиях, но есть и такие, которые даже малоопытный мастер без особого труда сможет воспроизвести в домашних условиях. Одну из таких моделей — печь длительного горения с принудительной подачей воздуха — мы рассмотрели в данной статье. Приведённая инструкция с чертежами и фотографиями поможет осуществить все работы по изготовлению отопителя без ошибок.