Печь с высоким КПД

Вопросы, предложения, идеи пишите на форум.

Последняя редакция текста 13.02.2014

Ода "профессионалам"

В расчётах мы привязали количество нагреваемого кирпича к объёму помещения. Если бы вы знали сколько раз мне тыкали в нос этим фактом.

Да я знаю что «это не профессионально/так ни кто не считает/это дилетантский подход» . НО!

Как то раз по телевизору, была передача, в ней рассказывали о том как океан нагревает воздух, сравнивали теплоёмкость, плотность и пр. , и жутко «не профессионально» утверждали что один кубометр воды способен нагреть 10 кубов воздуха (да простят меня за не точность в цифрах, но смысл то вроде понятен). Теперь может мне «профи» объяснят почему кирпич имея объём/температуру/теплоёмкость/плотность не может нагреть пропорциональный объём воздуха? Он чем хуже воды? Кроме личных оскорблений настоящие профи слов не находили.

Самое смешное что когда у кого то возникала подобная мысль, на форумах профи отвечали «А хрен его знает!». Настоящим профи это не интересно, их такие мелочи не интересуют.

Кто не верит можете сходить на любой форум и по задавать подобные вопросы.

Настоящие «профи» утверждают что всё зависит от того сколько спалили дров, начинают трясти формулами и табличными данными о теплоте сгорания.

Хорошо, давайте обсудим эту тему. Допустим (ДОПУСТИМ!) что мы сожгли топлива очень правильно и полностью, выкинули из топки горячий воздух и он попал у нас в дымоходы где соприкасаясь с кирпичом отдаёт свой жар. Вопрос — сколько тепла может воспринять кирпич за единицу времени? А оказывается у нас то же есть табличные данные (то есть вопрос изучен), и это значение ограничено.

Плюс всё усугубляется ещё и скоростью прохождения воздуха, то есть если во время прохождения воздуха по дымоходам он не успел отдать свой жар, он вылетит на улицу.

То есть если у нас мала площадь соприкосновения горячего воздуха с кирпичом (мала продолжительность дымоходов) или велика скорость прохождения по дымоходам (большая тяга) Кпд печи начинает падать. С другой стороны при малой тяге снижается интенсивность горения и падает температура в топке и как следствие снижается температура нагрева.

Соответственно требуется просто нивелирное создание условий для горения, правильного соотношения мощности топки к нагреваемому кирпичу, а количество нагреваемого кирпича к объёму нагреваемого помещения. Причём это надо делать при разных конструкциях. А настоящие профи даже не могут сказать какая у них будет тяга (скорость движения воздуха), да и зачем им, это же не профессионально!

Ведь куда проще поставить топку в три раза превышающею по мощности того что может воспринят кирпич, а потом тыкать в справочники и говорить «Так кпд печей никогда высокой не было» .

Основа.

Я постараюсь затронуть вопросы на которые ни кто не дал вразумительных ответов.

1) Сколько надо разогреть кирпича для обогрева 1 кв.м площади?

2) Как рассчитать размер топки для нагрева данного кирпича.

3) Как рассчитать сопротивление в дымоходе для создания оптимального процесса горения.

И так начнём по порядку.

Для обогрева 1 кв.м площади нам надо разогреть 10 кирпичей. Конечно это условно, потому как дома разные. Но тем не менее эта формула достаточно не плоха для большинства случаев. Лично от себя, я бы хотел добавить, что печь конечно можно сделать любую, но на мой взгляд лучше поставить две с нагреваемым объёмом в 200-300 кирпичей, чем одну на 500-600. Так как в первом случае есть шанс сделать равномерный нагрев во всём доме, или более сильный в его определённой части. Не знаю согласятся со мной или нет но нагрев дома из одной точки ещё та задачка.

И так топка. Топка размером в 1 кирпич (`24см) шириной, в три ряда высотой , и два кирпича в длину способны разогреть до 250 кирпичей или обогреть примерно 25 кв.м вашего помещения. Увеличивая размер топки мы увеличиваем количество одномоментно сгораемых дров что даёт возможность для нагрева большего числа кирпича. Объём топки и количество разогреваемого кирпича изменяются пропорционально поэтому я думаю ни у кого не возникнет сложности в расчёте необходимых размеров для себя.

Сразу оговорюсь что тип топок рассматриваемых здесь являются подовыми. Но для желающих поставить колосники и поддувало всё что здесь описано остаётся в силе.

И так, конкретно для данной топки существуют следующие особености.

1)дрова 35-40см. Оставшееся пространство выступает в качестве камеры дожига. При употреблении более длинных дров эффективность сжигания несколько снижается.

2) выход с топки в данном случае равен один тычёк (размер торцевой части кирпича). Верхний край выхода должен быть не ниже верхнего края дверки.

Для топок других размеров надо соблюдать пропорцию выхода из топки к поперечному сечению топки как соотношение ¼.

3) с боку топки , преимущественно в укладочном шве оставляются щели для притока дополнительного воздуха, общим сечением равным 1/10 от выходного отверстия топки.

Щель делается между 1 и вторым рядом, считая от пода..

При такой конструкции топки добиваемся без дымного сгорания топлива. Если для кого то это не аргумент в более менее полного сгорания топлива, ну что же значит каждый из нас останется при своём мнении.

И последнее. В дымоходах, при движении горячих газов, создаётся сопротивление. По скольку до сих пор ни кто ни когда не удосужился изучить данный вопрос. Поэтому я ввёл понятие как удельное сопротивление в дымоходах. Которое при размере дымохода в ширину кирпича (ширина кирпича), высоту в два ряда, и длинной в кирпич, создаёт удельное сопротивление в 1 ед.

При увеличении/уменьшении поперечного сечения дымохода, сопротивление меняется пропорционально квадрату изменения. Например увеличение прохода в два раза, влечёт изменение сопротивление в 4 раза и в данном случае будет равняться ¼ ед при протяжённости дымохода в 1 кирпич. При уменьшении в два раза , тот же отрезок дымохода будет создавать сопротивление в 4 ед.

Для оптимального сгорания, я считаю, что сопротивление в дымоходе должно быть равно 7-8 ед.

При сопротивлении в 15 ед. тяга становиться минимально возможной для поддержания горения. При 20 ед. она практически прекращается.

Здесь хотелось бы отметить что это верно для трубы 12*12 и топки, описаные здесь, малой и средней. Для других размеров требуется корректировка в расчётах. Ну об этом чуть позже. Остановимся пока на самых востребованных.

Ну вот основные моменты которые надо соблюдать для того что бы собрать печь которая будет кушать минимальное количество дров обогревая ваш дом. Конструкции дымоходов и их расположение могут быть разнообразными, если они будут в пределах вышеописанных правил.. Я постарался затронуть только те моменты которые в других источниках ни как не освещаются.

Проектирование

И так, рассмотрим на примере подготовки проекта.

Высота печи примерно 30 рядов. Пять рядов от пола до пода, и того разогреваться будет 23-25 рядов. Теперь посчитаем количество кирпича по периметру предполагаемой печи, если внутри предполагаемой коробки будут перегородки считаем количество кирпича и в них. Учитывая количество рядов считаем примерный объём нагреваемого кирпича.

Это нам даёт возможность определиться с объёмом топки которая это всё будет разогревать.

Выход с топки, для достижения максимальных температур, должен быть минимально возможным. Практика показала что минимально возможное отверстие на выходе (при котором не выбрасывает дым в помещение) составляет ¼ от поперечного сечения топки. Верхний край выхода из топки не должен быть ниже верхнего края дверки.

При расчёте общего сопротивления в дымоходах НЕ учитывается возможно создаваемое сопротивление при выходе из топки (ширина стенки 12см). Почему явное препятствие не влияет на общее сопротивление в дымоходах, не знаю. Но данное правило распространяется на все возможные конструкции. Если переход у нас длиннее чем ширина кирпича то на оставшееся расстояние распространяется выше описанные правила в полной мере.

Начнём с малых топок. Размер топки кирпич в ширину, три ряда в высоту, и два кирпича в длину. На рисунке только задняя стенка с выходом. Отверстия рассчитаны на дверку в два ряда высотой. При установке стандартной топочной дверки, выходные отверстия надо поднять на ряд выше. Повторяю что данная топка способна разогреть 250 кирпичей и обогреть около 25 кв.м помещения.

Здесь топки чуть побольше, а точнее на 1/3, и разогреть уже могут 330-350 кирпичей, или обогреть около 35 кв.м.

Ну и наиболее популярная топка, установлена практически везде. Способна разогреть 450-500 кирпичей. или около 50 кв.м

Дальше надо учесть сопротивление возникающее в дымоходах. Здесь показаны примерно возможные размеры дымохода и создаваемое условное сопротивление при прохождении воздуха..

Рис1 Эталон от которого и ведём расчёт 1ед.

Рис2. Вот дымоход чуть больше а сопротивление уже в 2 раза меньше 0,5ед

Рис3 Здесь сопротивление всего 0,25ед. 

рис4. А вот здесь уже 4 ед.

При разделении потоков на два и более каналов, для расчёта принимаем во внимание только канал с наименьшим сопротивением дымохода.

Что не отменяет факта разделения потоков при их движении.

Кстати не знаю от куда взялась информация о том что высота трубы на прямую соотносится с тягой. Очень интересно кто, как её мерил и чем, что бы сделать подобные выводы. Потому как у меня есть печь с трубой в 1,5 метр, и дома в 6 метров, учитывая что расчётное сопротивление и там и там равно, я лично тяги в 4 раз сильнее не заметил, на взгляд примерно одинаково. Конечно если трубу поднять на высоту где постоянно дует ветер, разряжение повысится и заметно, но тяга в данном случае будет зависеть от рельефа местности вокруг трубы но ни как не от её высоты. То есть одна и та же высота трубы покажет разный результат в зависимости от того где её поставили и что её окружает.

Что касается части расчётов на этом всё. Всё что не понятно спрашивайте на форуме

Труба

Скажу сразу пока это не потерялась в тексте, ВСЕ РАСЧЁТЫ ПРИВЕДЁННЫЕ ВЫШЕ ДЕЙСТВУЮТ ДЛЯ ТРУБЫ С ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ 12*12 СМ.

Труба это основной двигатель. Вопреки устоявшемуся мнению, хочу сказать что тяга не зависит от высоты трубы. Точнее нет прямо пропорциональной зависимости. От высоты зависит только насколько часто дует ветер, на той высоте, вот он и создаёт дополнительное разряжение. За то тяга очень даже согласуется с поперечным сечением трубы. Эта зависимость очень близка к прямо пропорциональной. То есть если площадь поперечного сечения будет меньше в 1,5 раза то и тяга то же будет меньше в 1,5 раза. Что в свою очередь требует внесение поправок в расчёты внутреннего сопротивления. Допустим оптимальное сопротивление  было 8ед., если поперечное сечение трубы у нас меньше в 1,5 раза то 8/1,5=5,333 значит сопротивление в колодцах должно быть 5-6 ед..

В поисках равновесия

И так попробуем под итожить всё вышесказанное.

1) Труба внутренним сечением 12*12 будет для нас эталоном, и все дальнейшие расчёты мы будем вести от талкиваясь от этих значений.

2) Оптимальное сопротивление в дымоходах 7 ед. Для топки 25*25см

Тяга в трубе меняется пропорционально изменению пощади поперечного сечения. То есть если трубу сделаем 12*24 то тяга увеличится в два раза.

Внутреннее сечение считаем по самому узкому проходу

Топка. Наша задача поддерживать скорость потока воздуха близкой к оптимальной.

Что будет если площадь поперечного сечения топки увеличится в 2 раза? У нас упадёт скорость движения воздуха. Что бы её повысить, надо уронить сопротивление в колодцах в 2 раза, или повысить тягу увеличив проход в трубе то же в два раза.

Для простоты восприятия будем мерить площадь поперечного сечения в тычках. У нас получились следующие данные для трубы 12*12

1) малая топка = 6 тычков =8-9ед сопр.= 250 кирпичей нагрев

2)Средняя топка= 8 тычков=7 ед. сопр.=350 кирпичей нагрев

3) большая топка=12 тычков=4-5ед сопр.=500 кирпчей нагрев

При увеличении выходного сечения трубы в два раза (12*24) Для этих же топок надо увеличить внутреннее сопротивление в два раза . То есть.

1)17ед

2)14 ед

3) 9 ед.

При уменьшении сечения в трубе надо, аналогично уменьшать пропорционально и сопротивление.

Проектирование начинается со следующих шагов

1) Труба (внутреннее сечение по самому узкому месту)

2) Объём нагреваемого кирпича (привязываем к обогреваемому помещению.

3)Размер топки

4)Необходимое сопротивление в дымоходах.

Если какие то параметры не вписываются. Делаем поправку в п 1и 4, и пересчитываем всё заново

. Будет продолжение.........