Теперь поясним, чем она хороша. Устройство, так сказать, первозданной буржуйки схематически показано рис. На вид – примитивная печь с глухим подом, с КПД 5-10% Но требовалось, сохранить простоту конструкции добиться КПД до 60% и более. Как же этого добились?
Схема устройства простейшей буржуйки
Труба
Первая изюминка буржуйки – труба. Точнее, ее диаметр. Пропускная способность дымохода должна быть меньше производительности топки по дымовым газам. Тогда они не смогут сразу уйти в трубу, и сделают внутри топки несколько оборотов в вертикальной плоскости, подсасывая заодно воздух, необходимый для полного сгорания топлива. В дымоход газы протиснутся, когда уже довольно остынут.
Нужное газораспределение обеспечивается точным расчетом диаметра трубы. Он должен быть (в миллиметрах) в 2,7 раза больше объема топки, считая его в литрах. К примеру, у показанного выше «Гнома» объем топки – около 40 л. Тогда оптимальный диаметр трубы – 106 мм. В реальной конструкции – 110, что говорит о ее хорошей продуманности.
Если буржуйка с колосниками и горизонтальными дымовыми каналами, см. далее, то высота топки считается от верха колосниковой решетки до низа перегородки первого канала. Диаметр дымохода можно, чтобы уложиться в стандартный ряд размеров, брать в пределах 2,5-3 объемов топки; соотношение то же, миллиметры-литры. Для справки: 2,7 – округленное значение основания натурального логарифма е = 2,718281828…
Экран
Раскаленные газы, просто так крутящиеся в железном ящике, остынут слишком быстро. А они должны не просто остывать, а догорать. И топливо должно сгорать в режиме частичного пиролиза, для чего тоже нужна высокая температура. Наиболее экономичного полного пиролиза от сухой, как порох, венской мебели, не добьешься. Иногда удается разжиться угольком, но он под пиролиз не годится, поэтому печка должна сама плавно переходить из режима в режим и работать также на тлении.
Отсюда – второй секрет буржуйки: металлический экран с трех сторон, с боков и сзади. Т.е., экраном прикрыта половина площади поверхности печки. Половина здесь тоже взята не наобум, а в результате сложных выкладок и точного расчета.
Экран должен отстоять от тела печи на 50-70 мм. При этом он отразит обратно на нее более половины ИК излучения. Это даст как раз нужную температуру внутри топки, а заодно уменьшит опасность ожога или пожара. Кроме того, зазор между экраном и телом печки необходим, чтобы еще повысить ее экономичность в начале топки, см. ниже.
Конвекция
Высокоэнергичное топливо (сухие дрова, каменный уголь) в начале горения выделяет очень много тепла. Даже если растапливать печь понемногу, оно вылетит в трубу, что замерзающему в бобровой шубе «бывшему» никак не нужно. Тем более, что и топлива ограниченный запас, а возможности регулярного его пополнения весьма проблематичны. Отсюда – нужно первоначальную вспышку тепла как-нибудь очень быстро передать в комнату.
Физически способ есть: самый скоростной механизм теплопередачи – конвекция. Нужно только не дать наружному воздуху возле печи сразу «разбежаться в стороны», а задержать его возле раскаленной поверхности и пустить по ней потоком вскользь. Что и делает экран. Так что его отстояние на 50-70 мм от тела – тоже не с потолка. Кто смыслит в аэродинамике, прикиньте, выйдет ли при этом за пределы ламинарности число Рейнольдса при нормальных условиях? Отсюда же и понятно, что огораживать экраном горизонтальные поверхности смысла нет, а передняя нагрета пока очень слабо и конвекцию не усилит, только материал лишний нужен и пользоваться печкой будет неудобно.
Подстилка
Под буржуйки нагрет по сравнению со стенками умеренно, но все равно, интенсивно излучает ИК вниз. КПД печи это не ухудшает, но до пожара при установке на деревянном полу недалеко. Поэтому установка буржуйки должна производиться на металлический лист с выносом не менее чем на 350 мм по контуру печи (в идеале – от 600 мм), уложенный, в свою очередь, на лист асбеста или современного, совершенно безопасного для здоровья, материала – базальтового или каолинового картона толщиной не менее 6 мм. Сейчас это еще и повысит экономичность буржуйки: во времена «бывших» бетонные перекрытия были редкостью.
Дымоход
Дымоход для буржуйки строится следующим образом: вначале идет вертикальная часть высотой не менее 1-1,2 м. Ее желательно укутать теплоизоляцией, хотя бы тем же базальтовым картоном. Тогда в ней образуется газовый экономайзер, послабее, чем в печи булерьян, но все же достаточно активный.
Затем – боров, горизонтальная или немного наклонная (плюс-минус 10 градусов) труба того же диаметра. Именно в борове догорают остатки дымовых газов, и он отдает в помещение до четверти тепла от печки. Минимальная длина борова – 2,5 м, а лучше всего – 4,5 м и более. В буржуйских квартирах это обеспечивалось без труда, но с появлением привычки к малогабаритному жилью роль борова оказалась подзабытой.
Боров должен отстоять от потолка и от стен, оштукатуренных обычной, не жаростойкой, штукатуркой, не менее чем на 1,2 м. Это объясняется не только требованиями пожарной безопасности: от переменных тепловых нагрузок штукатурка скоро пойдет пучиться и отслаиваться. От деревянной стены боров должен отстоять не менее чем на 1,5 м.
По требованиям травмобезопасности от низа борова до пола должно быть не менее 2,2 м, чтобы человек высокого роста в головном уборе не задел головой раскаленную трубу. Буржуйские потолки в 3,5 – 4 м ныне тоже редки, поэтому в современном жилье боров желательно окружить защитным ограждением в виде цилиндра из металлической сетки.
Развитие и усовершенствования
«Буржуйская» буржуйка была рассчитана более всего на сухие дрова или торф: она родилась, когда беляки зажали Советскую Россию со всех сторон. Все угледобывающие районы и пригодные для разработки лесные массивы были в руках неприятеля. Только потом, когда Советский Союз уже встал на ноги, буржуйку приспособили под другие виды твердого топлива.
Сделать для этого пришлось совсем немного: добавить в топку колосниковую решетку и горизонтальные перегородки, образующие дымовые каналы. На переднем изгибе канала давление при наличии тяги всегда будет ниже атмосферного, чего не обеспечивала первоначальная буржуйка. Поэтому там возможно стало и оборудовать печку конфоркой, превратив в отопительно-варочную. Если же трубу вывести не менее чем на 1,5 м над коньком крыши и оборудовать аэродинамическим грибком-зонтиком, то, не опасаясь угара, такую буржуйку можно сделать и двухконфорочной.
О колосниках и поддувале
Чтобы превратить буржуйку из обычной печки в медленную, колосниковую решетку нужно убирать. Медленное горение обеспечивается подачей воздуха к топливу сверху, чтобы тлеющая масса сама подсасывала себе, сколько ей нужно. При подаче воздуха снизу сквозь колосники либо верхний слой топлива истлеет, а низ останется нетронутым, либо, если топливо воздухопроницаемое и сухое, горение перейдет в пламенное. Вспомните хлопоты с шашлыком на мангале: то на угли приходится поддувать, то гасить вспыхнувшие.
Поэтому колосниковую решетку в многорежимной буржуйке нужно делать не цельной из стального листа, ее ведь никак не вытащишь через дверцу топки, а наборной из отдельных чугунных колосников. Опорой им могут быть приваренные изнутри к стенкам топки стальные уголки или (лучше) куски арматурных прутков 10-15 мм диаметром.
Повышение КПД печи — дело не сложное, но полезное.
Большинство владельцев частных домов с основным или резервным отоплением от обычной кирпичной печи на твердом топливе, складывая печь своими руками или заказывая ее установку специалисту, используют традиционные способы кладки по определенным проектам даже не догадываясь о том, что существуют народные, проверенные временем и очень простые способы увеличения КПД печи.
К большому сожалению в проектах и схемах печей не предусматриваются и не предлагаются варианты увеличения коэффициента полезного действия печи, кроме установившихся традиционных схем увеличения числа оборотов, размеров и внешней конфигурации печи.
Но в народной практике (смекалки и опыта нашему народу не занимать) очень часто применяются простые и достаточно эффективные методы увеличения КПД печи, которые неплохо было бы знать и применять во время первоначальной кладки печи.
Коэффициент полезного действия – это эффективность устройства по преобразованию и/или передаче энергии. Если соотнести это определение к печи, то ее КПД будет выражаться в соотношении тепла, переданного помещению, к количеству тепла, теоретически содержащемуся в топливе.
Измерить КПД конкретной печи и выдать технический паспорт с конкретными данными ни теоретически ни практически невозможно по следующим причинам:
- КПД печи неравномерно на различных этапах топки. Он может быть измерен только в определенный промежуток времени и иметь разные значения на протяжении всего времени топки. А это значить, что при разном периоде протапливания печи их средние КПД будут разными;
- коэффициент полезного действия печи имеет разные значения при сжигании сухого и сырого одноименного топлива;
- КПД печи зависит от количества тепловых потерь с уходящими газами, химических и механических потерь неполноты сгорания топлива, которые зависят не только от устройства печи, но и от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха;
- КПД печи зависит от количества зольных отложений в дымоходах. А скорость отложений зависит от многоих факторов и у всех печей различна.
Как Вы понимаете, учесть все параметры возможно только теоретически для определенного этапа топки печи и, если Вам предлагается печь с указанием значения КПД, то это будет обычный рекламный ход, имеющий определенную цель.
Именно потому, что расчет КПД печи выразить в конкретных тепловых значениях невозможно, принято КПД вообще, и не только печи, выражать в процентах.
Говоря о способах увеличения коэффициента полезного действия печи, мы будем иметь в виду уменьшение теплопотерь конкретной печи, стоящей или возводящейся в Вашем доме, в промежутках между двумя топками, что непременно положительно скажется на скорости нагрева воздуха помещения, уменьшении теплопотерь и экономии топлива.
Предлагаемые способы простого, но очень эффективного увеличения КПД печи предназначены прежде всего для тех, кто собрался сложить печь своими руками или пригласил печника, который не знает о подобных способах.
Способы увеличения КПД печи.
Увеличение эффективности нагрева помещения за счет изменения поддува.
Те, у кого печь является основным и единственным источником обогрева жилых помещений, знают, что при растопке печи и в первые 30 минут горения твердого топлива температура в комнатах продолжает падать на 2-3 градуса. При этом скорость падения температуры воздуха в помещении в несколько раз больше, чем охлаждение комнаты при обычном остывании печи.
Происходит это из-за того, что в момент растопки печи мы открываем вьюшку и теплый воздух из помещения устремляется через трубу наружу, а его место занимает холодный воздух, который засасывается создаваемым разряжением воздуха в помещении, резко охлаждая квартиру.
В дальнейшем, по мере увеличения жара огня и тяги скорость охлажения комнаты или дома в целом продолжает увеличиваться. Нагрев помещения будет происходить лишь после достаточного прогрева кладки печи, то есть момента, когда скорость нагрева комнаты от тепла печи станет больше скорости охлаждения помещения засасываемым холодным воздухом.
При этом, процесс подсоса холодного воздуха не прекращается весь период протапливания печи до полного закрытия вьюшки. Именно поэтому КПД печи имеет слишком малое значение, которое может колебаться в довольно больших пределах в зависимости от устройства каждой конкретной печи.
Поддувало печи
Предлагаемый способ не может быть отнесен непосредственнно к КПД печи, но он зависит от способа нагрева помещения и взаимосвязи печи и воздуха помещения.
Устранить этот недостаток отапливания помещения с помощью печи и увеличить эффективность нагрева воздуха можно простым приспособлением (рисунок 1).
В поддувало печи необходимо встроить металлическую трубу с заслонкой, как у карбюратора автомобиля. Труба будет играть роль поддувала — заборника воздуха, которая обеспечивает подачу воздуха не из помещения, а из пространства подполья. Само же поддувало будет выполнять роль сборника золы и тоннеля, через который поступает воздух.
Для обеспечения естественной вентиляции помещения в процессе топки печи можно прикрыть заслонку и воздух начнет циркуляцию в обычном для такой печи режиме.
Подобное устройство забора воздуха не только сохраняет тепло во время розжига печи, но и повышает эффективность нагрева помещения во время топки печи. То есть, непосредственно влияет на КПД печи.
Но, так как при таком устройстве подсос холодного воздуха происходит в подполье, а в комнате воздух остается недвижим, то подполье начнет остывать до минусовых температур в зимнее время. А холодное подполье — это не только холодный пол, но и угроза запасам продуктов, которые обычно хранятся в голбцах.
Чтобы исключить остывание подполья можно пойти двумя путями: отделить отсек забора воздуха от общего подполья или надеть на конец трубы удлинитель с выводом забора воздуха на улицу. В качестве удлинителей могут быть использованы ПВХ или резиновые трубы диаметром 50мм.
Для тех, у кого в пространстве под полом сохраняется повышенная температура (у меня зимой в подполье температура сохраняется на уровне плюс 10-11 градусов, что нежелательно для нормального хранения овощей), такой способ увеличения КПД печи принесет дополнительную пользу.
Экономию, которую можно получить от такого простого устройства подсчитать трудно прежде всего потому, что КПД печи увеличивается еще и за счет резкого снижения расходов на твердое топливо.
Подумайте и сделайте — не пожалеете!
Увеличение КПД печи за счет использования тепла дымохода.
Всем известно, что нагретый в топке печи воздух, независимо от количества оборотов печи, на выходе из дымохода имеет достаточно высокую температуру. Происходит это потому, что в процессе топки кирпич кладки печи прогревается. При этом, чем больше прогрев, то есть, чем дольше мы топим печь, тем меньший отбор тепла производится кирпичом дымохода и тем выше температура газов на выходе из трубы и, тем меньше коэффициент полезного действия печи.
Эпизод из моей практики. Однажды мне пришлось побывать в командировке в небольшом селении, расположенном рядом с Байкало-Амурской магистралью в Сибири. В «гостиничном» номере — комнате размером 3х4 метра, стояла кирпичная печь. Я занес две охапки дров и растопил печь. Каково же было мое удивление, когда в достаточно холодной комнате (на улице был мороз около 30 градусов) уже через 10-15 минут стало тепло, а дрова, только начинали нормально гореть. Минут через 40 пришлось приоткрыть форточку, только после этого я заметил в дымоходе металлическую трубу диаметром около 200мм (рисунок 2), из которой шел по настоящему горячий воздух, мгновенно нагревающий помещение. Ни в каких схемах и предлагаемых проектах я не встечал подобные доработки. Остается лишь сожалеть о том, что народная мудрость с очень большим трудом пробивает себе дорогу к своей заслуженной популярности и известности.
увеличение КПД печи Для увеличения КПД печи необходимо дополнительно использовать температуру горячих газов, идущих по дымоходу. Для этого встройте в колено дымохода металлическую круглую или с квадратным сечением трубу диаметром 200-300 миллиметров (рисунок 2) с с небольшим наклоном к плите печи.
Количество труб, которые можно встроить в колено дымохода зависит от размеров печи, количества колен и Вашего желания. Скорость нагрева помещения резко возрастет за счет высоких свойств теплопроводности металла и дополнительного отбора тепла из дымохода и передачи его в отапливаемое помещение.
Естественно КПД печи возрастет на количество дополнительно отобранного тепла, при котором горячие газы дымохода печи будут нагревать трубу. Труба создаст движение воздуха и дополнительно увлечет за собой горячий воздух от плиты. Оба потока будут перенаправляться по трубе на другую сторону печи и, если это выход в другую комнату, то будет происходить ее быстрый и прямой нагрев.
Быстрый нагрев помещения будет происходить потому, что горячая труба производит нагрев воздуха, циркулирующего в помещении, не создавая разряжения, а лишь усиливая движение все более теплого воздуха.
Проверено на практике: КПД печи становится намного выше, нагрев помещения происходит быстрее (на удивление быстро), экономия топлива ощутимая. Пробуйте, не пожалеете. Одно условие — такую доработку легче встраивать во время кладки печи, если Вы делаете кладку печи своими руками, то свобода действий и место установки труб в Ваших руках.
Если Вы примените первое и второе предложения на практике для уже действующей печи, то разницу в скорости нагрева помещения и экономии топлива до и после доработки печи заметите сразу.
Увеличение КПД печи за счет дополнительного отбора тепла плиты.
Еще одним дополнительным способом можно увеличить КПД печи, уменьшить расход топлива и ускорить нагрев дальнего помещения, не смежного со стенкой печи.
Для этого над плитой необходимо установить вытяжку, изготовленную из тонкого нержавеющего металла. К вытяжке подсоединяется труба диаметром 80-100 вытяжка для печи миллиметров (рисунок 3).
Для изготовления вытяжки можно использовать оцинкованное железо. В этом случае вытяжку следует устанавливать не слишком близко к плите, не допуская сильного нагрева металла.
Начальная часть отводной трубы (длиной около 1 метра) должна быть так же металлической, а далее можно использовать сантехнические трубы ПВХ, плотно подогнанные короба из доски, стеновые панели МДФ или любой другой материал, включая бумажные трубы, которые используются для накрутки рулонов полиэтиленовой пленки.
Труба проводится вдоль стены под потолком без обратного уклона в дальнюю, слабо обогреваемую комнату. Для увеличения скорости нагрева помещения в конце трубы или в любом удобном месте внутри трубы можно установить небольшой, малошумный, бытовой электрический вентилятор мощностью 13 ватт.
В результате обогрев дальней комнаты будет производиться намного быстрее, комната станет самой теплой, а общий нагрев помещения также ускоряется. Один только недостаток — при остывании плиты, поступление теплого воздуха прекращается, хотя печь еще отдает тепло разогретого кирпича боковых стенок в той комнате, где она установлена. Но общий плюс установки вытяжки над плитой очевиден — ускоренный прогрев всей квартиры и ощутимая экономия топлива.
Все, выше описанные доработки для увеличение КПД печи можно применять как отдельно, так и в комплексе. Особых трудностей в изготовлении они не представляют и не требуют больших расходов и применения специального оборудования или инструмента. Все просто и может быть изготовлено с домашних условиях, а эффект очень серьезный — тепло в доме и экономия топлива ощутимы.
