Хабрахабр

Глина → Кирпич → Печь

В данной статье я хочу описать свой опыт по работе с глиной, изготовление из неё кирпичей (в формате 1:6) и создание уменьшенной модели типовой отопительной печи ПТО-2300

Введение

Начнем с детства. Я вырос в доме с печным отоплением. Рубка дров, топка печи, языки пламени в топке, шум ветра в трубе зимой, нюансы регулировки тяги поддувалом и печными заслонками я вобрал в себя с малых лет. Вернуться к возможности снова посидеть у огонька, подбросить дровишек удалось лишь в взрослом возрасте. В это же время родилось желание разобраться с конструкцией печей; их видами и предназначением; особенностями эксплуатации; отличием и преимуществами/недостатками одного типа отопления от другого.

А увеличить масштаб можно всегда. Уменьшенный формат, некая миниатюризация, выбрана осознанно — при том же познавательном эффекте мы выигрываем в сроках, объемах используемых материалов, прилагаемых усилиях, затратах на транспортировку, требуемых площадях и т. п.

Глина

Древнейший природный ресурс, открытый человечеством. Из нее строили все, что угодно: стеновые и кровельные материалы, печи, дома, конструкции и сооружения, бытовой и кухонный инвентарь, игрушки, поделки, произведения искусства. Есть она везде, добыть её можно в любой местности, имеющиеся запасы огромны.

В них я накопал глину разного качества и цвета. За несколько месяцев исследований мне удалось найти в ближайших окрестностях три глиняных карьера (и ещё о трех-четырех потенциально-возможных я узнал, но не посещал). Цветовая палитра глин в природе очень разнообразна — от белой и черной — до всего спектра красно-желтой, а так же зеленой, синей и т. п. Ещё два вида очищенной профессиональной глины для лепки я приобрел в магазине. Кстати, зеленая глина встретилась мне первой всего лишь в 200 метрах от дома!

Для обозначения этого процесса придуман специальный термин — отмучивание. Самое важное, если вы начнете добывать глину самостоятельно — это её очистка от песка, органических примесей, мусора и иных включений. Крупные частицы отделяются, а на выходе имеем взвесь с мелкодисперсными частицами глины. Технология очень проста: накопанную глину растворяют в воде и пропускают через ряд сит с все более и более мелкой ячейкой. После отстаивания, слива лишней воды и окончательного высыхания глины получаем сырьё для дальнейших экспериментов.

А так этот продукт не портится вообще — со временем она становится лишь лучше. Хранить готовую глину в полиэтиленовых пакетах (без потери нужной влажности) можно годами.

Кирпичи

Слепив несколько кирпичей вручную, я понял, что это излишне трудоемкий путь. К тому же разброс по размерам получался слишком критичным. Надо было браться за изготовление формы, вводить стандарты.

Самая древняя и простая — ручная формовка. Параллельно с изготовление формы я «прочесывал» Интернет, статьи и книги на предмет того, по какой технологии можно массово и быстро делать кирпичи. Экструдирование глиняной массы при помощи шнеков или гидравлических толкателей тоже рассматривалось, но эти слишком амбициозные планы были оставлены на будущее 🙂

Стандартно, за час-полтора у меня получалось делать около 20-25 кирпичей. Прикинул, что на печь требуется около 300 полных кирпичей (или, примерно 500 с половинками, четвертинками и прочими частями). около 18-22 вечера за трамбовкой глины в форму и выпрессовыванием готового изделия на полку для сушки — и полный комплект изделий для сборки печи готов! Т.е.

Поэтому данный процесс и растянулся. Я использовал достаточно плотную, твердую глину, разравнивал все складки-неровности, параллельно нарезал четвертинки-половинки (и ещё прикидывал потребность в них). Поштучное единичное производство — самое времязатратное.

Закон «Квадрата — куба»

Выбрав уменьшенный масштаб кирпичей я на практике прочувствовал закон «квадрата — куба», который гласит:

Если физический объект увеличить в размерах при сохранении неизменной плотности материала, из которого он изготовлен, его масса увеличится пропорционально коэффициенту увеличения в третьей степени, в то время как площадь его поверхности — квадрату масштабного множителя.

Пример: Реальный стандартный кирпич имеет размеры 250х120х65 мм и массу 3600 грамм. Плотность кирпича получается равной 1846 килограмм на метр кубический.
Уменьшим его размеры примерно в 6 раз. Получим линейные размеры 42х20х11 мм и массу равную 17 граммам.

изменение линейных размеров в соотношении 1:6 привело к изменению веса в соотношении 1:211. Т.е. Эксперимент может повторить у себя дома любой желающий.

Что очень удобно для постройки, переноса и хранения. Выводы практические (применительно к моему эксперименту) — масса всей модели печи составит не более 5-6 кг. Все собирается быстро и удобно на столе или подоконнике. Кирпичи подобных размеров еще не миниатюрны (пинцет и лупа не нужны), но уже и не «циклопические» — таскание лишних тяжестей и выделение полкомнаты на «стройку» не потребуется.

Обжиг

Обжиг — пока не трогаю. Для кладки с избытком хватает прочности кирпича-сырца. Обжиг же требует доступа к огню, печам. Говоря языком IT — эти работы можно выделить в отдельную подсистему и исследовать позже. А пока считаем, что в методе Обжиг() стоит временная «заглушка», которая всегда возвращает «true».

Печь

Я начал создание печи с изучения теоретического и практического опыта человечества. По данной теме уже все давно детально проработано — топливо стоит дорого и сжигать его затратно (во всех отношениях). Поэтому люди пришли к ряду оптимальных конструкций, позволяющих получать максимум тепла с единицы дров, угля, торфа и т. п.

В качестве образца я выбрал типовую отопительную печь ПТО-2300

Конструктивные параметры:

  • масса — 1260 кг
  • площадь теплоотдающих поверхностей — 5,5 м. кв.
  • конвективная система — колпаковая
  • дымовая труба — насадная
  • вид отделки — расшивка

Функциональные параметры:
Теплопроизводительность (с топливником для дров):

  • при однократной топке — 1400 Вт
  • при двукратной топке — 2300 Вт

Теплопроизводительность (с топливником для антрацита):

  • при однократной топке — 1600 Вт
  • при двукратной топке — 2500 Вт

Расход материалов:

  • кирпич керамический — 210 шт.
  • кирпич шамотный — 76 шт.

Применительно к отопительным печам ситуация выглядит следующей: стоит различать топливник (место где происходят процессы горения с образованием тепла) и теплообменник (места, в которых происходит отъем тепла от нагретых газов).

Необходимость применения шамотного кирпича вызвана высокими температурами, образующимися при горении. Топливник, как правило, делается из шамотного кирпича (в моей модели это кирпич белого цвета), а теплообменник (или система каналов, массив печи, запасающих тепло) — из красного кирпича.

И разная подача воздуха. Под разные виды топлива требуется топливник разных размеров, формы и конструкции. В случае сжигания каменного и бурого угля, торфа требует топливник поменьше и обязательно наличие поддувала — подача воздуха снизу, через колосники.

В нашей местности бытовые печи углем и торфом не топят (их попросту нет в наличии) — используют исключительно дрова. Я проектировал печь под дровяное отопление, поэтому взял размеры топливника побольше и выбрал подовый тип сжигания дров.

Если не использовать связывающий раствор, а просто набирать конструктив печи по рядам, конечно. Сама кладки очень проста. Значит о расшивке швов можно не беспокоиться. Кирпичик к кирпичику, кирпичик к кирпичику… Мы ведь делаем модель, а не реальный образец, верно? К тому же, возможно в будущем захочется обжечь эти кирпичи или использовать их в другом проекте.

Т.е. Кстати, печники говорят, что правильно спроектированная печь не требует раствора для того, чтобы все её элементы держались вместе, единой монолитной конструкцией. заделка швов нужна лишь для обеспечения герметичности и защиты людей от поступления продуктов сгорания в жилое помещение.

Шанцы повышают теплоотдачу печи и устраняют перегрев пола, на котором установлена печь. Внизу печи я сделал шанцы — сообщающиеся с помещением небольшие тепловоздушные каналы в подтопочной части, через которые циркулирует воздух обогреваемого помещения.

Фурнитура

Изначально я хотел фрезеровать топочную и прочистную дверцу из дюралюминия, а вьюшечные задвижки вырезать из жести. Потом передумал и быстро собрал и склеил эти детали из картона. Попасть в размеры и подогнать внешний вид по этой технологии намного проще и быстрее. Покрываем все глянцевой краской из баллончика, ждем высыхания — получаем нужные нам изделия.

Колосниковая или подовая печь?

Изначально, в давние времена, все печи строились подовыми. В процессе эволюции человек усовершенствовал печь добавив в неё колосник (для сжигания разного вида топлива). По поводу того, какую печь строить — колосниковую или подовую ведутся жаркие дискуссии.

Колосник, соответственно, служит дном топки. В колосниковых топках дрова укладываются на колосник (колосниковую решётку). Через колосник подаётся первичный воздух для горения на топливо.

Подом называют глухой пол топливника. В подовой печи дрова укладываются на под. В подовой топке первичный воздух подаётся через дверцу топливника.

Я открыл ряд преимуществ именно подовой топки (по сравнению с колосниковой, при использовании дров в качестве топлива):

  • из печи исчезает холодное ядро (воздуховод под колосником). Весь массив печи прогревается более равномерно
  • дрова сгорают почти полностью, выше КПД, больше тепла получаем
  • образуется меньше сажи и золы
  • низ печи нагревается не только пламенем но тлеющими углями
  • обеспечивается низкий уровень конденсата в дымоходе, не течет деготь. Нет поступления в трубу несгоревших частиц топлива.
  • горение в этом случае происходит сверху вниз, топливо сгорает медленнее, равномернее, т.к. горит только верхний слой, а не вся масса (как при колосниковом горении)

Проектирование в 3D

Перед началом работ я сделал полную модель печи в программе трехмерного моделирования. Я пользуюсь FreeCAD (но подойдет любая другая, конечно). Это дало возможность увидеть предстоящий «объем работ», изучить нюансы кладки, представить трудоемкость отдельных операций и визуализировать желаемый результат. И, конечно, сам процесс 3Д проектирования мне очень понравился сам по себе.

И это с учетом отработки технологии виртуальной кладки. По срокам: на создание модели печи ушло четыре-пять вечеров (по полтора-два часа работы среднем). К сравнению, на саму реальную работу я потратил раз в десять больше времени. Во второй раз, думаю, я справился быстрее. Налицо преимущества трехмерного моделирования и проектирования.

Мозгу все равно, работать ему с образом или его реальным воплощением. Если нет возможности воплощать задумку вживую — можно сделать её виртуально. Удовольствие (эндорфины) мы получаем почти то же самое.

Заключение

В жизни всегда есть место для мечты, воплощения ваших уникальных задумок и экстраординарных проектов. Живите полной жизнь, не бойтесь отпустить свою фантазию в полет и последовать за ней.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть