Основи конструювання печей, Корисна інформація
У будь-якому осередку гарячі гази, що виходять з топки, при русі всередині нього віддають своє тепло стінкам і після цього, охолоджені, відводяться в димову трубу. Що вкладається тут у поняття осередок. Осередок містить у собі топку, де відбувається процес спалювання палива та конвективну систему, для використання теплоти, що виділився при згорянні палива. Це може бути піч будь-якого функціонального призначення (опалювальна, опалювально-варильна, українська, банна тощо), піч з каміном, опалювальний котел.
Керуючись цим, визначимо таку концепцію. Щоб отримати хороше вогнище необхідно: 1. Забезпечити найкращі умови повного перебігу реакції горіння, тобто отримати максимальну, корисну кількість теплоти від кількості теплоти, що міститься в паливі; 2. Організувати природний рух гарячих і холодних газів, розділити потік газу, що проходить через вогнище, гарячі гази направити на акумуляцію тепла, а холодні видаляти; 3. Виконати конструктивну частину конвективної системи осередку відповідно до необхідних функціональних вимог; щоб зменшити втрати тепла від димових газів; щоб забезпечити оптимальне нагрівання всіх частин осередку; щоб більшу частину всього енергомістку деревини можна було перетворити на корисне тепло, тобто домогтися найвищого ККД. Можливість використання електроенергії як резервне паливо.
Або простіше суть концепції: одержати з палива максимальну кількість тепла при його спалюванні; отриману теплоту в максимальному обсязі акумулювати у вогнищі; конструкція вогнища повинна відповідати функціональним вимогам та забезпечувати оптимальну тепловіддачу.
Відмова від «оборотів» дозволила різко знизити опір руху газів усередині печі, що особливо важливо в українських печах з їх невеликоювисотою димової труби. Тільки застосування принципу «вільного» руху газів дозволило вдало вирішити завдання створення опалювальної камери в нижній частині «теплушки», димова труба якої створює розрідження всього 1.5-2 мм вод. ст. Застосовуючи «обороти», вирішити це завдання неможливо.
Потік полум'я, що виходить з шару палива, є сумішшю струменів горючих газів, повітря і продуктів згоряння. Щоб реакція горіння в полум'ї закінчилася, необхідно добре перемішати окремі його струмені; в обсязі, де закінчується горіння, повинна підтримуватися висока температура. Підсвідовий об'єм - «мішок гарячих газів» є ідеальною камерою спалювання.
Якщо потік полум'я з реакціями горіння, що не закінчилися, випустити в об'єм з низькою температурою, то гази охолонуть, і реакція горіння не зможе пройти до кінця. У таких газах залишаться незгорілі сажа і смоли, які під час руху газів каналами печі будуть осаджуватися на їх стінках.
Всі розроблені І. С. Підгородниковими печі мають вигляд ковпака або двох ковпаків, розташованих один над іншим. Ковпак - це об'єм, обмежений суцільними стінками з боків та зверху. Гарячі гази підводять у ковпак знизу; охолоджені гази видаляють через отвори, розташовані також у нижній частині ковпака.
Перекиньте скляну склянку і піднесіть до неї знизу цигарку, що горить. Ви побачите, як цівка диму увійде в склянку, дійде до його денця, потім повернеться і кільцем уздовж стін опускатиметься вниз. Таке ж рух газів створюється і печах, побудованих з допомогою принципу ковпака.
Коли топка печі закінчена, а юшка щільно не закрита, то холодне повітря, входячи через топку в піч, будучи важчим, ніж гази, що заповнюють піч, не зможе піднятися і відразу піде у відвідні канали, незабравши з собою помітну кількість тепла. Така піч має автоматичну «газову» юшку, що виключає можливість охолодження ковпака при попаданні в нього холодного повітря. Цим пояснюється здатність ковпакових печей добре зберігати тепло і при нещільно закритій юшці.
Велика економія палива, отримана після заміни звичайних печей на печі «Двоярусний ковпак», за даними практичних випробувань, пояснюється саме тим, що ці печі мають «газову» хуртовину.
Хороша побутова піч повинна відповідати таким вимогам: 1. Пекти повинна мати високий коефіцієнт корисної дії в межах 75-85%. Якщо топка печі має колосникові грати, цій вимогі задовольняють усі відомі типи опалювальних печей. 2. Пекти повинна прогріватися знизу догори, причому нагрівання внизу має бути сильнішим, ніж угорі. Такий характер нагрівання повинен зберігатись протягом доби. Цим буде забезпечено рівномірне нагрівання приміщення з мінімальною різницею температур під стелею і на підлозі. 3. Пекти повинна добре тримати тепло, не стигнути при нещільно закритій юшці. 4. Пекти не повинна давати тріщин. 5. Пекти не повинна забиватися сажею, що виділяється в результаті поганої організації спалювання палива. 6. Канали печі не повинні забиватися золою. 7. Печі, призначені для одноповерхових будинків, повинні відрізнятися мінімальним опором руху в них газів. 8. Пекти повинна бути проста.
Гідравлічна теорія руху газів допомогла звільнитися від «оборотів», від місцевих опорів руху газів та направити енергію димової труби на створення розрідження у варильній камері та подолання негативного тиску газів при русі їх від рівня пода до підлоги. Результати виявилися дотичними – піч вийшла простою, з яскраво вираженою ідеєю. Це даєпідстави вважати, що піч «Двоярусний ковпак» стане основним типом опалювальних печей у Радянському Союзі.
Керуючись вище викладеними концепцією, та основами правильної конструкції побутових печей І. С. Підгороднікова, визначимо основні правила конструювання вогнищ, що мають безканальні конвективні системи: