Воздушные каналы; 4 - душник

Здесь топливо горит на слошном поду 2, продукты горения удаля­ются в дымовую трубу 1. Причем каминопечи, по крайней мере в Рос­сии, получили развитие уже за пределами эпохи мускульной энерге­тики.

В XVII в. в России был создан камин, в который встраивался ме­таллический канал (короб). При работе камина в этот короб посту­пал холодный воздух, который нагревался и проникал в помещение. Далее камины стали оснащаться дымооборотами и превращаться, таким образом, в каминопечи. Варианты таких попыток показаны на рис. б, в. Во всех этих случаях дымовые трубы заключались в ды­мовые каналы, в которых нагревался циркулирующий наружный или комнатный воздух. Холодный воздух поступал снизу, нагревался в каналах и выходил вверху через так называемые душники. Стенки дымовых каналов выкладывались толщиной в V₄ кирпича и заключа­лись в металлические футляры. Приведем некоторые варианты раз­вития каминной техники.

Системы отопления церквей. Каминопечи получили в свое время широкое распространение для обогрева церквей, а именно залов, пред­назначенных для богослужения. Обычно в низкой части церкви со­оружалась печь (камин), в которой выполнялась система каналов, ок­руженных воздушными каналами, которые встраивались в ограждающие конструкции здания. Дымовые газы выбрасывались в атмосферу, а теплый воздух поступал через душники в помещение здания.

Аналогичным образом отапливались помещения и других обще­ственных зданий (гимназии, магазины и т. п.).

Системы отопления жилых домов. Длительный зимний период наблюдается практически только в России. В большинстве же стран низкая температура наружного воздуха — это больше исключение из правила. Тем не менее люди и здесь искали свои варианты отопления жилых помещений. В северных районах Кореи кое-где до сих пор со­хранились системы печного отопления дома, когда дымовые каналы выкладывались в каменном полу, а печь опять же размещалась в под­вальном помещении.

Металлические печи. Такие печи обычно использовались для бы­строго обогрева помещений, предназначенных для кратковременно­го пребывания в них людей. Такие печи до сих пор используются в странах с умеренным климатом при стихийных бедствиях или в слу­чае проживания в летних домиках.

Печи повышенной теплоемкости. В местах с относительно низко­температурным зимним режимом постепенно отрабатывалась кон­струкция печей, которые бы могли обеспечить периодическое одно-двухразовое ежесуточное отопление стационарных помещений. Здесь наибольшее распространение получили кирпичные отопительные печи повышенной теплоемкости. Они выкладывались из кирпича, об­ладающего малой теплопроводностью и сравнительно большой удельной теплоемкостью. При отоплении кирпичная кладка посте­пенно разогревается, накапливая теплоту, а по окончании топки — медленно охлаждается, отдавая накопленную теплоту.

Наибольшее распространение здесь получили так называемые голландские печи с глухим подом, с вертикальными и горизонтальными дымооборотами и горизонтальными дымооборотами (газоходами). Уже в XX в. эти печи неоднократно совершенствовались и изобретались новые (проф. В. Е. Грум-Гржимайло, И. И. Свиязев и др.).

Печи непрерывного горения. Другим направлением развития кон­струкций отопительных печей стала организация режима непрерыв­ного горения. В этом случае не требуется массивной кладки для на­копления теплоты, повышается тепловая экономичность печи, удается упростить условия обслуживания. Но следует отметить, что до сих пор не удалось создать достаточно универсальной и надежно рабо­тающей конструкции. Наибольшее распространение здесь получили печи шахтного типа. Простой вариант такой печи, когда дымовые газы проходят через весь вертикальный слой топлива (дров) — шах­тная печь верхнего горения или так называемые ирландские печи. Но более широкое распространение имеют печи нижнего горения, когда дымовые газы из зоны горения поступают в кольцевое пространство, образуемого стенками печи и топливного бункера. В настоящее вре­мя подобные типы печей вновь получают широкое развитие для цен­трального отопления одно- двухэтажных домов.

Русская печь. В суровых климатических условиях России, со спе­цифическим образом жизни сельского населения, требовалось уни­версальное устройство для интенсивного обогрева жилища, но в ко­тором можно было бы также готовить пищу и, главное, выпекать хлеб. Понадобились многие годы экспериментов и поисков, которые за­вершились созданием конструкции, явившейся итогом коллективно­го творчества, справедливо названной русской печью.

С тех пор русская печь несколько веков являлась неотъемлемой принадлежностью каждой крестьянской избы. Исключительно широкое распространение русской печи (в 30-х гг. XX в. в нашей стране их насчитывалось около 20 млн.) объяснялось вескими причинами: универсальностью, простотой конструкции и выкладки, выполняе­мой из обычного красного кирпича, более ранние конструкции были из обожженной глины; возможностью работы на наиболее распрост­раненных в сельской местности видах топлива — дровах, торфе, ки­зяке.

Конструкция русской печи постоянно совершенствовалась. Уст­ройство обычной русской печи показано на рисунке.

 

Конструкции русских печей

а - обычная русская печь: 1 - подпечек; 2 - шесток; 3 - топливник; 4 -устье; 5 - щиток; 6 - дымовая труба; б - печь с колосниковой решеткой, оборудованная дутьем; в - печь конструкции И.С. Подгородникова

Топливо располагают в топливнике вблизи устья, необходимый для горения воздух поступает через нижнюю часть устья, а продукты горения, отдав теплоту поду, стенкам и своду топливника, через от­верстия в щитке, расположенном в верхней части печи, поступают в дымовую трубу. Горшки с пищей устанавливаются на под шестка или в передней части топливника. Если в печи нужно выпечь хлеб, то пос­ле выгребания золы в топливник сажают тесто и закрывают устье заслонкой. Для увеличения количества передаваемой помещению теп­лоты печь устанавливается с отступом от стен помещения. Под по­дом делают песчаную прослойку для лучшего сохранения теплоты и выстилают его клинкерными плитами.

Накопившийся за долгие годы опыт использования большого чис­ла русских печей выявил их характерные недостатки:

• горение топлива в них (на глухом поду) представлялось многим недостаточно совершенным, так как отсутствуют приспособления для регулирования расхода воздуха, в результате чего передняя часть то­почной камеры вентилируется большим избыточным количеством воздуха, что снижает тепловой КПД печи;

• отопительные качества печи в целом невысоки, причем более важная для создания комфортных гигиенических условий нижняя зона печи прогревается очень слабо;

• приготовление пищи в летнее время связано с расходом большо­го количества топлива на прогрев всего массива кладки и к тому же вызывает вредный перегрев помещения;

• из-за большой толщины стен (они выкладываются в целый кир­пич) велики габариты печи;

• печь непригодна для сжигания каменных углей.

Недостатки русской печи побудили специалистов печного дела искать пути ее усовершенствования. Начиная со второй половины XIX в. появились различные проекты модернизации русской печи.

Усовершенствование русской печи происходило в следующих ос­новных направлениях:

• создание оптимальных условий горения топлива в топочной камере;

• разделение отопительной и пищеварочной функций печи путем введения дополнительного пищеварочного очага;

• повышение отопительных качеств печей за счет конструирова­ния системы дымооборотов;

• увеличение прогрева нижней части печи.

Рассмотрим некоторые примеры конструктивного оформления.

Обычно более оптимальные условия горения получают за счет устройства на подовой части топочной камеры колосниковой решетки с подводом к ней воздуха снизу по воздушному каналу, имеющему поддувальную дверку. На колосниковой решетке с дутьем можно сжигать и каменный уголь. В качестве примера (рис. б) приведена конструкция, показавшая хорошие практические результаты. Здесь колосниковая решетка и воздушный канал расположены у задней стенки печи. Поддувало снабжается дверкой, имеющей устройство для регулирования потока воздуха. Передние дверки печи во время топки держат закрытыми и открывают их только на короткое время для того, чтобы установить горшки или поправить дрова.

Другим способом оптимизации процесса горения является отде­ление топливника от горнила. По такому принципу выполнена печь конструкции И. С. Подгородникова (рис. в). В ней топливник также отделен от горнила и расположен сбоку и сзади печи. Дымовые газы из топливника через открытый свод поступают в левую часть топоч­ной камеры, откуда они могут перемешаться двумя путями: по летне­му дымоходу — через заслонку в дымовую трубу; по зимнему дымо­ходу — через левое отверстие в поду топочной камеры в нижнюю часть печи. Прогрев нижнюю часть печи, заполненную несколькими рядами опорных кирпичных столбиков, газы поступают в дымовую трубу. Для подогрева воды в нижнюю часть печи встроен металли­ческий таган. Из более поздних конструкций русской печи приведем здесь печь И.Ф. Волкова.

 

 

 

Она имеет чугунную плиту размером 50x50 см, водогрейную ко­робку и оборудована закрытой варочной камерой с вытяжной вен­тиляцией. Топку печи можно производить в зимнем и летнем режи­мах.

 

 

Сводная таблица результатов испытаний печей (при работе на дровах)

Показатели	Обычная русская	Конструкция Волкова	Конструкция Подгородникова
Количество сожженного топлива, кг
Относительная влажность, %		21,6			25,5		18,64	16,3	25,3
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	3,7	3,8	3,9	3,8	3,64	3,5	4,05	4,15	3,65
Время горения, мин
Избыток воздуха	2,32	1,65	1,32	2,75		1,4	1,95	1,5	1,72
Содержание СO2, %	7,8	11,7	14,2	7,3	8,7	9,9	9,7	11,5	11,07
Содержание СО, %	0,74	0,79	0,93	0,08	0,37	0,61	0,6	1,75	0,46
Температура уходящих газов, ° С
Потери, %:
q2			21,8	10,8			9,5	8,5
q3	5,8	4,3	4,3	0,72	2,7		3,95	8,6	2,7
q4
Напряжение топочного пространства, кВт/м3
КПД, %

Вопрос о целесообразности существенных переделок обычной рус­ской печи возникал неоднократно. В связи с этим определенный ин­терес представляют результаты сравнительных испытаний трех об­разцов русской печи: обычного и двух модернизированных (конструкции И.Ф. Волкова и И.С. Подгородникова), сведенные в таблицу.

Будет жаль, если русская печь сохранится в лучшем случае только в одном-двух музейных экспонатах.

Древесное топливо. Огневые печи на дровах остаются важным эле­ментом нашего быта. Каждый вид дров при сжигании имеет свои осо­бенности. Древесину условно делят на твердую и мягкую. К твердой древесине относят клен и дуб, они горят длинным, спокойным пламе­нем, долго разогреваются. Твердая древесина уместна при больших размерах топки, так как пламя у нее длиннее. Мягкая древесина сго­рает быстрее, испуская искры, процесс горения сопровождается силь­ным треском. Не рекомендуются к использованию слишком сухие дрова, так как они быстро прогорают. Лучше использовать дрова, хранящиеся в поленнице под навесом. Они имеют влажность, соот­ветствующую влажности воздуха, и сгорают медленнее.

Наибольшее сажеобразование дает береза, лучшими в этом отно­шении являются ольховые и особенно осиновые дрова. Последние не только сами не дают сажи, но и способны выжигать из дымохода уже осевшую сажу. Хорошим средством для очистки газоходов от сажи является периодическое сжигание в топке сухих картофельных очис­тков.

Пламя камина. Имеются приемы по изменению пламени в ками­не. Можно, например, использовать пни и корни различных деревь­ев, они дают пламя с красивым рисунком. Но окрашивать пламя мож­но и с помощью специальных приемов. Обычная поваренная соль дает интенсивную желтую окраску, хлорид меди дает гамму красок, в ко­торой сильнее всего выражены голубой и зеленый цвета. Добавки можно непосредственно засыпать в очаг, но лучше приготовить из них раствор и пропитать им древесину перед закладкой в камин.

Приятный аромат дают добавки древесины из сухих веток мож­жевельника, вишни, сливы и особенно старой яблони.

Примеры энергосбережения при печном отоплении. По мере разви­тия отопительной техники появлялись и приемы энергосбережения в бытовой практике. Анекдот из Габрово. Приехал человек первый раз в Габрово. Обратил внимание, что много кошек без хвостов. Спра­шивает: зачем это? Отвечают: зимой за кошкой можно быстрее зак­рывать дверь в доме.

Некоторые из реальных приемов:

• Еще в недавнем прошлом многие дома в деревнях на зиму снизу почти до окон обшивали досками, а в зазор между домом и «завалин­кой» насыпали опилки и другой утеплитель.

• Другой подобный прием заключался в подсыпке снега вдоль пе­риметра дома зимой и отбрасывания его с приходом весны.

• До сих пор в деревенских домах делают низкие двери, не говоря уже о банях. Причина та же — уменьшить площадь проемов при от­крытии двери.

• Солнце в жилище — одно из условий здоровья его обитателей.

При этом появляется возможность использования в повседневной жизни возобновляемого источника энергии. Дом старались располо­жить так, чтобы в него попадало как можно больше солнца. При этом помещения, где находились люди продолжительное время, например жилье, детские комнаты, располагали в освещаемой солнцем части дома. Северную сторону использовали для размещения подсобных помещений.

• Для сохранения тепла в бане делали низкую притолоку и высо­кий порог. Дверь выполняли из досок толщиной 40-50 мм в шпунт или четверть с таким расчетом, чтобы она свободно, с зазором 3-5 мм на сторону, заходила в фальцы коробки, но при этом плотно при­крывалась по краю полотна. Порог выполнялся высотой 20-25 см.

• В прошлые времена использовалось много приемов для розжига костра. Например, на уголь или дрова высыпали горсть обычной поваренной соли, и пламя начинало разгораться.

• Более современный прием. Кирпич просушивают и на несколько часов опускают в емкость с керосином, пока его поры не пропитают­ся горючим. Затем подносят к кирпичу спичку, и костер готов. Когда надо потушить пламя, кирпич покрывают плотной тканью.

• К нам пришли из глубокого прошлого овощные ямы в земле с температурой воздуха в них круглогодично около 0°С.

• Активно использовался и наш климат с длительным зимним пе­риодом. Зимой заготавливали лед, снег. Покрывали его толстым слоем опилок, и он сохранялся почти до осени.

Помещения для домашних животных. Основным средством защи­ты домашних животных от холода служат помещения, которые чело­век строит для животных. Старая поговорка: «Заведи сперва хлевину, а там и животину» не утратила своей значимости и в наши дни. Ведь именно устройство «хлевины», животноводческой постройки, определяет технологию содержания животных и, следовательно, рас­ход кормов и продуктивность животных.

Обратимся к истории. «Каждый русский, каждый живущий в Рос­сии знает, что такое у нас поздняя осень и зима: гололедицы, заметы, вьюги и жестокие морозы. Разбирая строго, конечно, у нас скот со­держится зимой не под открытым небом, на дворах, окруженных кры­тыми сараями, но кто же не знает жалкого устройства их? Будучи плетенные из сучьев и ветвей, с навесами, кое-как прикрытыми соло­мой, сквозной ветер свищет в них со всех сторон, и бедная скотина не знает, куда прислониться и где искать спасения. Случаются зимы, в которые снега и бураны, при страшной стуже, бывают так велики, что скотные дворы заносятся поверх крыш, и скотники, чтобы дать скоту корм, вынуждены бывают, пробравшись с трудом по поверх­ности снеговых гор к сараю, раскапывать крышу и через нее опус­кать его, а о водопое и говорить нечего. Следствия этой разруши­тельной игры природы при таком устройстве скотных дворов не могут не быть гибельны для несчастного скота». Это описание, взятое из книги М. Пузанова «О скотоводчестве в России», относится к 1864 году.

Естественно, возникает вопрос, чем же вызвано такое «спартанс­кое» содержание животных?

Оказывается, теплокровные животные выделяют в результате жиз­недеятельности огромные количества тепла. Например, согласно со­временным расчетам, 260 коров выделяют столько же тепла, как теплогенератор, расходующий ежесуточно 0,5 тонн дизельного топлива. То есть взрослый крупный рогатый скот может «отапливать» себя сам. Более того, при адаптации к условиям неотапливаемого телятни­ка у животных мобилизуются резервы организма, что способствует лучшему развитию сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, пищеварения и других внутренних органов, повышает устойчивость газо-энергетического обмена, иными словами, создаются все предпо­сылки для высокой продуктивности.

Крупный рогатый скот лучше свиней и птицы приспособлен к низ­ким температурам. Например, мясной скот, не снижая прироста, в состоянии переносить температуру до 40-50°С, если он защищен от ветра и сырости.

Рассказывая о холодном содержании животных, нельзя не вспом­нить опыт якутских скотоводов. Скот зимой содержат в своеобраз­ных постройках-хатонах.

Якутский хатон — строение в виде усеченной четырехугольной пи­рамиды с наклонными стенами из тонких бревен и совмещенным по­крытием, окнами из ледяных пластин и полом из стесанного накатника или жердей на вагах, утопленных в почву. Наклонные стены обмазыва­ют толстым слоем навоза, а снизу засыпают землей. Двери утепляют шкурами, причем обязательно только изнутри. Вентиляция — естествен­ная с использованием шахт и приточных отверстий в стенах.

Вместо оконных стекол в таких строениях применяют ледяные пластины, так как лед, в отличие от стекла, легко очищается от инея и обеспечивает лучшую теплоизоляцию, чем одинарные остекленные рамы.

При температуре наружного воздуха -52°С внутри хатона сохра­няется температура от -2°С до +2°С. Влажность и газовый состав воздуха в таком помещении — в пределах зоогигиенических норм.

Пониженная температура в хатонах способствует закаливанию животных, а это предохраняет их от простудных заболеваний и об­морожений во время прогулок.

Многие якутские скотоводы убеждены в том, что вредное влия­ние на животных оказывает не низкая температура в хатонах, а сы­рость и изнеженность их высокими температурами в зимнее время, если животные содержатся в типовых современных постройках.

Естественно, возникает вопрос, почему в настоящее время не ис­пользуется опыт предков по содержанию крупного рогатого скота. Дело в том, что хотя среди различных климатических факторов основное внимание уделяется температуре воздуха внутри помеще­ний, влажность оказывает на животных ничуть не меньшее влияние. Если обитательницы сухих коровников хорошо переносят довольно низкие температуры, то в сырых помещениях их устойчивость к хо­лоду падает.

Прежде всего, влажность влияет на теплорегуляцию организма животного. Снижение температуры и повышение влажности воздуха значительно увеличивают его теплопроводность и теплоемкость, что приводит к большой потере тепла животными (теплопроводность влажного воздуха в 10 раз больше, чем сухого). В воздухе с высокой влажностью теплоотдача путем испарения практически невозможна. Все это отрицательно влияет на состояние животных.

Но приведенные примеры показывают, что во многих климати­ческих зонах страны можно весьма успешно приблизить условия оби­тания скота к естественным.

Означает ли это, что надо немедленно и повсеместно перейти на содержание скота в «спартанских» условиях? Конечно, нет. Но сле­дует знать о некоторых весьма неожиданных энергосберегающих ус­ловиях содержания крупного рогатого скота в прошлом в наших рос­сийских условиях.