Советы по выбору печи для русской бани

В настоящее время на рынке банных печей имеется большое многообразие предлагаемых конструкций, и рядовому потребителю не просто разобраться и выбрать наиболее подходящий для него вариант. Данная статья направлена на то, чтобы на основе сравнительного анализа различных конструкций печей облегчить этот выбор.  

Печь в бане является основным её элементом, и от неё во многом зависит комфортность, эффективность и безопасность банных процедур. Основными функциями банной печи являются:

• нагрев бани, включающий нагрев воздуха и ограждающих конструкций различных помещений в бане до требуемой температуры в каждом из них;
• получение в парной пара, нагретого до высокой температуры (350-400°С);
• поддержание сравнительно стабильной температуры в парной в течение требуемого времени.

При этом, в числе основных критериев для выбора печи могут быть следующие:

• обеспечение комфортности и удобства проведения банных процедур;
• время нагрева парной и всех помещений бани до требуемых температур;
• безопасность пожарная и гигиеническая;
• стоимость;
• экономичность;
• срок службы.

Комфортность использования печи в бане подразумевает не только воздействие на организм человека теплового излучения от её поверхности, благоприятного по интенсивности и длине волны, но и полезность атмосферы (температуры, пространственного распределения температур, состава и влажности воздуха) в парной, с целью достижения максимального лечебного эффекта от банных процедур.

Удобство пользования печью подразумевает минимизацию времени на подготовку бани к использованию и на поддержание требуемых параметров воздуха в парной, а также получение пара в необходимом объёме для достижения требуемой температуры.

Время нагрева включает в себя не только время нагрева воздуха в различных помещениях бани, но и нагрев ограждающих конструкций до комфортно ощущаемой температуры. Это особенно важно зимой, когда из-за периодического использования бани она остывает до температуры, близкой к температуре окружающего воздуха. А поскольку теплоёмкость ограждающих элементов конструкции намного больше теплоёмкости воздуха, то время прогрева всей бани будет определяться временем прогрева её конструкционных элементов.

Пожарная безопасность использования печи должна быть обеспечена при любой конструкции печи применением соответствующих мер противопожарной безопасности. 

Гигиеническая безопасность подразумевает физиологически комфортное распределение температур внутри парной не только в различных местах в ней, но и по высоте помещения. Используемый в печи парогенератор не должен загрязнять атмосферу пылевидными частицами камней и окислов металла. Камни для каменки должны выбираться термостойкими, не выделяющими вредных веществ и не пылящими при больших перепадах температур на их поверхности. А металл для парогенератора должен быть не только термостойким, но и не подверженным окислению при высокой температуре и в водной среде. Основным параметром парогенератора является температура генерируемого пара, поскольку она в наибольшей степени влияет на то, насколько комфортной и полезной для оздоровления будет банная процедура.

Стоимость печи, её экономичность и срок службы обуславливают первичные и эксплуатационные затраты и относятся к важным критериям выбора приемлемой для потребителя печи. В конце статьи проведена сравнительная оценка рассмотренных вариантов печей по каждому из отмеченных критериев по десятибалльной шкале. Анализируя указанные критерии и суммарные баллы можно более осознано выбрать наиболее приемлемый вариант.

Пар в парной

Прежде чем рассматривать конкретные варианты банных печей, кратко остановимся на методах и устройствах получения пара. Основной целью получения пара в парной является дополнительный нагрев воздуха в ней, чтобы вызвать усиленное потоотделение организма человека. Если пар имеет сравнительно низкую температуру (150-200°С), то при подаче такого пара в парной увеличивается температура воздуха и резко возрастает его влажность. Такой пар называют тяжёлым.

В перегретом влажном воздухе становится тяжело дышать, ощущается общий дискомфорт из-за повышения температуры в сочетании с высокой влажностью воздуха. Кроме того, во влажном воздухе ухудшается потоотделение и тем самым не достигается цель банной процедуры. Перегретый пар с температурой больше 300°С имеет большой запас тепловой энергии и низкое влагосодержание.

Подача такого пара, называемого лёгким, заметно повышает температуру в парной и не существенно увеличивает влажность. При этом сравнительно сухой воздух не обжигает лёгкие, поэтому дышать легко, а выделяющемуся из кожи поту легче испаряться, и потоотделение заметно усиливается. Тем самым организм эффективно очищается, освобождаясь от шлаков и токсинов.

Металлические печи

Начнём с рассмотрения металлической печи, наиболее распространённого варианта банной печи, по причине её низкой стоимости, сравнительно небольших требований к фундаменту и малых габаритов.

Однако данная конструкция имеет целый ряд недостатков, ограничивающих её функциональные возможности. Для того, чтобы хорошо прогреть парную, металлическую печь приходится нагревать до высокой температуры (300-400°С), а при такой температуре металлических поверхностей теплопередача происходит в основном (79–85%) за счёт излучения в коротковолновой части инфракрасного спектра. Излучение в этой части спектра не благоприятно для организма, поскольку просто его обжигает, и человек испытывает сильный дискомфорт.

Снизить плотность теплового излучения можно несколькими способами. В самом простом случае можно увеличить размеры печи с целью увеличения площади излучающей поверхности. Поскольку интенсивность излучения в четвёртой степени зависит от температуры, то при сохранении общей генерируемой мощности, увеличение площади излучающей поверхности, можно существенно снизить температуру поверхности печи, а это в свою очередь обеспечит изменение соотношения теплоотдачи за счёт радиационного излучения и конвективной теплоотдачи.

Дополнительно вдвое уменьшить интенсивность излучения от печи можно установкой вокруг неё металлического экрана. Так, например, при уменьшении температуры поверхности печи с 400°С до 200°С интенсивность излучения уменьшится почти в 5 раз, а его доля в общей генерируемой мощности уменьшится с 85% до 71%. Причём следует иметь ввиду, что за счёт конвективной теплопередачи осуществляется нагрев воздуха, а излучение нагревает, в основном, ограждающие конструкции. Поэтому, с точки зрения уменьшения времени нагрева бани и снижения негативного воздействия мощного излучения на организм, такая печь с увеличенной мощностью может эксплуатироваться на различных мощностях при нагреве бани и приёме банных процедур.

В этой связи можно отметить, что чем больше размер печи, тем она более экономична, поскольку для получения той же мощности на маленькой печи её приходится нагревать до более высокой температуры. При этом температура дымовых газов будет существенно выше и соответственно увеличатся тепловые потери, уносимые дымовыми газами.

Однако, независимо от размеров следует отдавать предпочтение толстостенной печи. Это обусловлено тем, что банная печь значительную часть времени эксплуатируется в форсированном режиме, при котором некоторые части корпуса нагреваются до близкой к критической температуре. В таком режиме происходит ускоренное разрушение поверхности металла, деформация отдельных поверхностей и конструкции в целом, нарушение целостности сварочных швов и как следствие сокращение срока службы печи.  

Однако, указанные технические решения только частично улучшают функциональные возможности металлической печи, и у неё остаются существенные недостатки. Низкая тепловая инерция и небольшая теплоёмкость приводят к заметным колебаниям температуры в бане и быстрому её остыванию при снижении интенсивности горения и при прекращении топки.

Для предотвращения этого приходится более часто добавлять топливо и следить за интенсивностью горения в топке печи. Конвекционная теплопередача приводит к существенной разнице температуры воздуха по высоте в парной, что практически исключает применение перегретого пара с высокой температурой, поскольку ещё больше увеличит эту разность температур. Наличие открытой или закрытой каменки не существенно сказывается на возможностях такой печи. Более заметный эффект даёт обкладка печи камнями между корпусом печи и кожухом с регулировкой конвективного потока воздуха через камни. В этом случае возможно уменьшение интенсивности теплового излучения до приемлемого уровня, за счёт снижения температуры кожуха печи и уменьшение разности температур по высоте парной при перекрытии конвекции.

В некоторых случаях становится возможным использование лёгкого пара. Однако для этого необходим отдельный парогенератор, поскольку с камней вокруг печи, разогретых до сравнительно небольшой температуры, можно получить только низкотемпературный пар. У такой печи остаётся сравнительно низкая тепловая инерция (из-за ограниченной массы камней) и, как следствие, заметные колебания температуры в парной и необходимости более частого обслуживания печи.

Парогенератор

Рассмотрим ещё один вариант металлической печи парогенератора. Идея, заложенная в основу печи, состоит в том, что для ускорения нагрева парного помещения предлагается осуществлять теплопередачу от печи большим объёмом высокотемпературного пара, при конденсации которого тепловая энергия передаётся ограждающим конструкциям. Однако авторы конструкции в своих расчётах учитывают не все аспекты теплопередачи в реальной бане, включая все её помещения. Упор делается на высокий коэффициент теплопередачи при конденсации пара, который почти на три порядка больше чем коэффициент теплопередачи от воздуха.

Но для подготовки бани к использованию важно не только время нагрева ограждающих конструкций в парной, но и прогрев всех помещений бани до необходимых температур. А для решения этой задачи «скоропарка» оказывается мало пригодной. Дело в том, что после конденсации пара на всех поверхностях образовавшуюся воду надо испарить, а делается это путём проветривания помещений наружным воздухом, имеющим небольшую влажность. Если в парной, со сравнительно небольшим её объёмом, это можно сделать, то в сопряжённых помещениях не получится из-за ограниченной мощности печи и невозможности обеспечить во всех помещениях требуемый баланс конденсации пара и испарения воды с ограждающих конструкций. Поэтому для прогрева других помещений требуется другой источник тепловой энергии. Кроме того, не удастся обеспечить требуемый баланс и в парной, если мощность печи оказалась меньше требуемой или теплоизоляционные характеристики ограждающих поверхностей оказались недостаточными. В результате парная будет сырой и не сможет обеспечить необходимых параметров воздуха в помещении.

Дрова или газ

Ещё один аспект, который следует учесть при выборе печи — это используемый вид топлива. Имеется ввиду дрова или газ. В связи с постепенной газификацией страны у некоторых потребителей встаёт вопрос о возможности и целесообразности использования газовой банной печи. С одной стороны, преимущество газа как топлива достаточно очевидны. Это и круглогодичное удобство использования, стабильность генерации тепловой мощности на длительном интервале времени. С другой стороны, газ как топливо имеет меньшую удельную энергоотдачу с единицы объёма топки для атмосферных горелок, в связи с чем не просто нагреть каменку или парогенератор до требуемых температур. Поэтому для получения требуемых параметров необходимо использовать более дорогие наддувные газовые горелки, которые повышают требования к герметичности корпуса печи и квалификации пользователя. Поэтому применение газа кроме требований по пожарной безопасности добавляет требования по безопасному использованию газа, а это в целом снижает надёжность и безопасность эксплуатации бани в различных условиях, в том числе не подготовленными пользователями.

Печи из кирпича

Противоположностью металлическим печам является печь из кирпича. Кирпичная печь даёт мягкое тепло, имеет очень большую теплоёмкость, то есть может запасать большой запас тепловой энергии. В ней можно сделать каменку с большой массой камней или чугуна и нагревать их до высокой (600-900°С) температуры, особенно эффективной для получения лёгкого пара. Однако кирпичная печь имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих её применение, особенно в последние годы, когда появились альтернативные, достаточно эффективные решения. Кирпичная печь имеет большую массу, и для неё необходим фундамент с большой нагрузочной способностью, связанный с общим фундаментом бани. При использовании недостаточно качественных материалов для изготовления печи и фундамента или недостаточной квалификации каменщиков (квалифицированного печника в наше время найти не просто) печь может в сравнительно короткие сроки выйти из строя или потребовать ремонта, особенно при эксплуатации в форсированном режиме. Кроме того, с учётом всех затрат, кирпичная печь имеет высокую стоимость. В тоже время у неё крайне низкая экономичность, поскольку для её нагрева требуется продолжительное время, а после использования бани накопленная тепловая энергия попросту рассеивается.

Компромиссное решение

Компромиссным решением построения банной печи для получения параметров русской бани является использование металлической печи, облицованной с воздушным зазором кирпичом. Рассмотрим более подробно характеристики и возможности этой печи. Такая печь сравнительно быстро нагревает парную и вспомогательные помещения бани за счёт интенсивного потока нагретого конвекционной теплопередачей воздуха от поверхности печи и внутренней стенки облицовочного кирпича, нагреваемой интенсивным тепловым излучением корпуса печи. То есть вся тепловая энергия, выделяемая печью через нагретый до сравнительно высокой температуры воздух, передаётся ограждающим конструкциям. Одновременно с нагревом ограждающих конструкций в парной происходит нагрев кладки из облицовочного кирпича, и после достижения требуемой температуры стен парной и наружных поверхностей кладки, а также соответствующей температуры воздуха в других помещениях бани, отверстия в кладке для выхода нагретого воздуха закрываются, и поддержание требуемой температуры в парной происходит от кирпичной облицовки печи. Поскольку кирпичи нагреваются до сравнительно небольшой температуры (около 60-90°С), то тепловое излучение от них наиболее благоприятно воспринимается человеческим организмом. А необходимая тепловая мощность в виде мягкого тепла набирается за счёт большой наружной поверхности кирпичной кладки (в несколько раз больше поверхности металлической печи). Рассматриваемая печь имеет достаточно большую тепловую инерцию, что существенно уменьшает колебания температуры в парной в процессе приёма банных процедур, обеспечивает комфортность их приёма и упрощает обслуживание печи. Это обусловлено тем, что кирпичная обкладка печи имеет массу несколько тонн, что на порядок больше, чем масса камней в каменке, и после прогрева в ней запасается достаточно большой объём тепловой энергии.

В такой печи возможно, как традиционное получение пара с температурой 200-300°С от нагретых до высокой температуры камней в закрытой каменке, так и от встроенного парогенератора с температурой 350-450°С, что расширяет функциональные возможности печи и позволяет удовлетворить запросы наиболее требовательных пользователей.

Достаточно большая вариативность конструктивного выполнения элементов такой печи позволяет, делая акцент на тех или иных функциональных возможностях печи, удовлетворить разнообразные вкусы различных потребителей. Кроме того, большое разнообразие вариантов дизайнерского оформления облицовки печи позволяет пользователям дополнительно получать эстетическое удовольствие от приёма банных процедур.

Сравнительные характеристики

Рассмотренные варианты банных печей представлены в таблице 1, где в баллах обозначены их основные характеристики. В частности, характер излучения изменяется от жёсткого (1 балл) от малогабаритной печи до мягкого (10 баллов) от распределённого, сравнительно низкотемпературного источника. Тепловая инерция печи оценивается от 1 до 10 баллов, в зависимости от её величины. Скорость нагрева подразумевает время нагрева не только парной, но и остальных помещений бани. Небольшое время 10 баллов, очень большое 1 балл. Характеристики пара оцениваются по его температуре – до 150°С тяжёлый пар 1 балл, свыше 350°С лёгкий пар 10 баллов. Наличие регулируемой конвекции оценивается в 10 баллов, отсутствие – 1 балл. Экономичность подразумевает расход топлива на проведение банной процедуры. Чем меньше расход топлива, тем выше балл. Аналогичное соотношение баллов и стоимости печи, чем она меньше, тем выше балл. Безопасность эксплуатации печи включает пожарную и гигиеническую безопасности. Чем они выше, тем выше балл. Аналогичная зависимость количества баллов от срока службы печи. Оценка по баллам бралась для среднестатистического варианта выполнения того или иного варианта печи, которые предлагаются в настоящее время на рынке. Реальные конструкции могут быть по характеристикам как немного лучше, так и хуже указанных. Оценка проводилась на основе многолетнего обобщённого опыта эксплуатации печей различной конструкции, поэтому являются достаточно объективными.

Таблица 1

Из приведённых данных видно, что все конструкции обладают своим набором достоинств и недостатков и уже от потребителя зависит какие из достоинств для него более предпочтительны, а какими недостатками можно смириться. По совокупности основных характеристик наиболее сбалансированным оказывается вариант построения банной печи на основе металлической толстостенной печи, обложенной кирпичом. По вариантам исполнения она достаточно вариативна, то есть её можно выполнить сравнительно не дорого в эконом варианте и за более высокую цену с эксклюзивным дизайном и улучшенными характеристиками.