Кпд русской печи на дровах

Автор: Игорь Верников, опубликовано 02/06/2017

Еще статьи из раздела Все о печах

Материалом для этой статьи стала книга 1934 года написанная инженером В.П. Протопоповым. Материал изложен дословно.

Как бы не была хорошо устроена русская печь на дровах, её топливник и дымообороты — она не даст высокого КПД, если тепло развивающееся при сгорании топлива не будет сохраняться в самой массе печи и передаваться отапливаемому помещению.

Если по прекращении топки воздух будет протекать через печь, а не передаваться помещению, то тепло будет уноситься в трубу. Такое явление недопустимо: после прекращения горения дров ток воздуха через печь должен быть совершенно прекращен. Для этой цели в начале дымохода вмазывалось вьюшку или задвижку. Иногда ограничиваются установкой герметичных топочных и поддувальных дверец.

Таким образом, через внешнюю теплоотдающую поверхность нагрева русской печи передается помещению не все тепло, аккумулированное печью во время топки. Часть его бесполезно теряется через трубу по окончании топки.

Отношение количества тепла, от внешней теплоотдающей поверхности печи за время от начало одной топки до начала следующий, иначе, отношение величины теплоотдачи количество тепла, аккумулированному её внутренней тёпловоспринимающей поверхностью — называется КПД внешней теплоотдающей поверхности печи.

Например, если во время топки дровами русская печь получила от продуктов горения 20000 кал, а отдала помещению 18000 кал, то КПД теплоотдающей поверхности будет равно:

18000/20000=0,9 или 90%

При правильной конструкции, удовлетворительных приборах и хорошем уходе потери после натопки не значительны и КПД обычно составляет 0,95 или 0,98.

Зная КПД топливника, внутренней тепловоспринимающей и наружной теплоодающей поверхности мы можем определить КПД всей печи на дровах.

Так например, если эти коэффициенты соответственно равны 0,9, 0,85, 0,95, то общий КПД всей печи будет равняться произведению:

0,9 х 0,85 х 0,95=0,73.

Если сожжено 20 кг торфа с теплотворностью 3400 кал/кг, то в топливнике из всего располагаемого количество тепла:

3 400×20=68000 кал,

0,9 ×68000=61200 кал;

Из этого количества внутренней поверхностью стенок поглощено во время топки:

0,85 ×61200=52020 кал; :

Ну и наконец, отдано наружу:

0,95 х 52020=49419 кал

Ту же величину мы получим, если сразу помножим 68000 х 0,73.

Вывод: КПД печи на дровах зависит от трёх величин:

• КПД топливника;
• КПД внутренней тепловоспринимающей поверхности печи;
• КПД внешней теплоотдающей поверхности нагрева.

И равен произведению этих трёх коэффициентов.

рейтинг цена/практичность

КПД у печей и котлов, работающих на твердом топливе, имеет большой разброс значений. Простая буржуйка с водяным контуром обойдется в разы дешевле, но у нее слишком маленький КПД, — отопление окажется в итоге не экономичным. Не только дешевизна первичного вложения в оборудование определяет правильность выбора. Скорее выбор конструкции печи, должен зависеть от будущих долговременных расходов (которые намного больше), — от КПД, от комфортности проживания рядом с таким отоплением. Что же оказывается лучшим выбором и для каких условий…

КПД печи на твердом топливе – важный фактор

Если КПД электрического или газового котла далеко за 90%, то на него просто не обращают внимание при выборе такого оборудования. Но в твердотопливных агрегатах КПД может сильно различаться.

• В неумело сделанной буржуйке может быть ниже 50%.
• На заводские котлы в основном дают значение 75 – 78%.
• Отдельные мастера по выкладке (сборке) печей уверяют, что у них КПД 85%, а при отдельных режимах приближается к 90%, а значит потребуется меньше дров процентов на 15 – 20, меньше обслуживать…

КПД печи определяет температура исходящих газов – отношение энергии оставшейся в помещении к вылетевшей в трубу. Чем ниже температура газов в дымоходе, тем больше КПД.

Металлическая печь — буржуйка с наименьшим КПД

Методы повышения отбора тепла у печи

Умельцы повышают забор энергии до максимума двумя методами.

• Обустройством в дымоходах теплообменников, которые являются первичными, в них подается холодный теплоноситель из обратки, или к ним подключается отдельный нагреваемый бак.
• Прокладкой дымоходов в отапливаемой зоне, в стенах, через металлические балки в перекрытиях, которые являются рассеивателями тепла.

Можно ли это создать в собственном доме (котедже) и обеспечить максимальную энергоотдачу на отопление дома от сгоревшего топлива…

Пути повышения КПД, защита от сажистого налета

Если в системе отопления не сделана защита от холодной обратки для печки, то теплообменник значительную часть времени будет слишком холодным, ниже 55 градусов. Это значит, что на нем будет выпадать роса, которая смешиваясь с сажей образует агрессивные кислоты и крепкую теплоизолирующую корку.

Чтобы уменьшить негативное явление, влекущее наружную коррозию и теплоизоляцию, желательно создать в отопительной системе защиту от холодной обратки на основе трехходового клапана, которая будет давать на выходе теплоноситель всегда горячее +60 град. Это повысит в итоге КПД печи за счет уменьшения смолистых загрязнений и значительно продлит жизнь стальным деталям.

Второй путь снижения загрязненности печи – регулярные чистки теплообменника, удаления сажи. Сюда же сопутствует оптимальное топливо (сухие не смолистые дрова) и оптимальные режимы работы, с дожигом зольнистых частиц и СО, подачей необходимого количества воздуха, а точнее нахождение достаточного количества кислорода поверх пламени в дополнение к воздуху подаваемому снизу.

Какая мощность печи ожидается с учетом КПД

Мы можем лишь приближенно определить среднюю эксплуатационную мощность печи по количеству топлива сжигаемого за сутки. Теплотворность сухих дров (20% влаги, год под навесом) определяется в среднем как 4,0 кВт/ кг. Если в сутки сумели сжечь 50 кг дров, то получили 200 кВт энергии.

С учетом КПД 0,7 для хорошей печи – 140 кВт уйдет на обогрев дома, а 60 кВт поступит через дымоход на обогрев космических пространств.

Средняя развиваемая мощность в час — 140/24=5,8 кВт/час. Вероятно, максимальная мощность была в короткие промежутки времени – 5,8х2,9=15 кВт. Передача тепла осуществлялась разными путями: какая-то часть была привнесена в дом через теплообменник и теплоноситель, другая ушла непосредственно на нагрев воздуха от печки и дымохода, третья – предметов и стен инфракрасным излучением.

Мощность теплообменника

Среднюю удельную максимальную мощность теплообменника принято принимать как 10 кВт с метра квадратного его площади, которая непосредственно контактирует с пламенем. Обычно умельцы собирают теплообменники для печной зоны с площадями 0,5 – 1,5 м кв.

Для теплообменника в дымоходе, удельная мощность зависит от температуры газов, и вряд ли будет больше чем 0,4 кВт с 1 м кв. его поверхности. Тем не менее, именно это устройство позволяет увеличить КПД всего контура и забрать парочку дополнительных киловатт, например, за счет размещения 0,5 м кв. плоского теплообменника в канале дымохода.

Для трубчатых дымоходов выпускаются приспособления, которые надеваются сверху. Определить их удельную мощность можно лишь экспериментально для конкретных условиях, но то, что они существенным образом повысят КПД теплогенераторов — сомнению не подлежит.

Важные вопросы при создании теплообменников и печей

При создании отопительного оборудования нужно преследовать несколько целей. Помимо цели максимально напичкать зону горения полезной площадью теплообмена, есть еще два ключевых момента, которые нужно решить и которые обеспечивают качественные характеристики печи.

• Объем топочного пространства, количество одновременно горящих дров, не должны быть маленькими. Иначе придется буквально дежурить у печи держа очередную дровеняку в руках.
• Нужно по возможности обеспечивать оптимальный объем закладки, такой, чтобы мощность от горения всего объема дров забиралась бы площадью размещенных теплообменников.
• Еще важный вопрос — возможность чистить теплообменники от сажи без проблем легко и без разбора печи.

Конструкции теплообменников с максимальным КПД

Исходя из требований простоты очистки, большой топочной камеры при одновременно большой площади теплообменна, большой удельной мощности произошли различные варианты конструкций печи и самих камер, по которым движется теплоноситель. На рынке и в самодельных конструкциях распространены следующие решения.

• В буржуйке устанавливают спиральные теплообменники из нержавейки. КПД печки обычно 40%, если только дымоход не протянут по помещению.
• Трубчатые теплообменники из сварных труб заделываются в кирпичную кладку. Обычно эффективность не более 50% по причине скоплений сажи в рельефной форме. Это не совсем эффективная конструкция, применялась чаще раньше при недостатке листового металла, варилась из труб отопления 50 мм.
  
• Трубы с теплоносителем опоясывают металлическую камеру сгорания — распространенная конструкция печей из металла, — не более 70%.
  
• Коробчатый бак, формирует из себя камеру горения, тыльную и боковые ее стороны. Дополнительные трубы устанавливаются на исходящей газов. Это обычная схема в котлах и печах, дает КПД 70 — 75%.
  
• Водяная колосниковая решетка — в отдельных котлах делают еще и колосники из труб с теплоносителем — прибавка в несколько процентов.
• На дымоход сделанный из труб надевается дополнительный бак-теплообменник — обычно им подогревают небольшую ГВС.
• Теплообменник в виде короба на исходящих газах, — забор энергии у дымовых газов, количество зависит от размеров, протяженности, площади, поднятие КПД до 85%.

Важно в печке организовать правильное горение дров, чтобы достаточное количество воздуха поступало бы к зоне горения поверх пламени, тем самым снижая не догоревшие сухие летучие остатки к минимуму, и дожигая СО, если он образуется из-за недостатка воздуха снизу, когда происходит режим тления. Именно таким образом уменьшаются отложения сажи и забирается вся энергия заключенная в топливе — поднимается КПД печи или котла.

Недавно мы уже рассказывали о способах отопления в дачном доме. В этом материале попытаемся обобщить опыт многих мастеров и застройщиков в строительстве русских печей и каминов различного образца.
Во-первых, нужно разделять два типа русских печей: классическая и современная «русская печь». Последняя помещена в кавычки, так как никакого отношения к классической русской печи, кроме названия, не имеет, и представляет собой закрытый камин. Печи часто облицовывают плиткой в декоративных целях. Как выбрать кирпич для печи, мы рассказывали недавно.

Как работает и из чего состоит русская печь

В нормальной русской печи существует 2 типа прогрева: 1- это прямоток для приготовления пищи летом и 2- через полноценный дымоход, когда дымовые газы проходят по каналам внутри печи, тем самым ее нагревая, режимы регулируются заслонкой. Количество и типы каналов зависят от мастерства печника, и их расположение напрямую влияет на эксплуатационные характеристики печи и ее КПД.
Размеры русской печи составляют минимум 1.5х2 м. Кроме того, в старину практически всегда к печи пристраивали дополнительную печь — подтопок (русская печь духовка, куда чугунки обычно ставят), как раз таки для быстрого обогрева помещения, или для готовки и обогрева в осенне-весенний период, когда не требуется много тепла.

КПД русской печи и каминов

Понятие «русская печь» — довольно размытое. Печи клали так, как печника научил печник-предшественник. Соответственно типов кладки было множество, и говорить об эффективности работы правильнее для каждой кладки отдельно. И если русская печь плохо прогревается и быстро остывает – следует говорить о плохом печнике и неудачной конструкции конкретной печи, а не недостатке русских печей как класса. Поэтому русские печи своими руками складывать не принято — нужен печник с опытом.

Тем не менее, некоторые обобщенные данные по КПД традиционных русских печей мы можем привести.
Так, среднее КПД открытого камина составляет 7-12 %, русской печи – 15-20 %. Есть и еще более эффективные конструкции печей – например, печь голландка, которая имеет коэффициент полезного действия 15-20%, или печь шведка с кпд 35-45 %.

Преимущества русской печи перед камином

Расскажем об эксплуатационных свойствах русских печей.
Посчастливилось застать настоящую русскую печь в доме родителей отца. Мнение, что русские печи высасывают теплый воздух из дома, я считаю ошибочным — это не о массивной русской печи с ее системой колодцев, а как раз о камине, где основное тепло дает открытый огонь, а не кирпичная кладка.
Высасывает воздух из дома любая печь — если в доме герметично заткнуть все щели, то в печи пропадет тяга и огонь погаснет без притока воздуха. Насчет «требует много дров» — это лишь в том случае, когда дом выстужен напрочь, и хозяева начинают топить печь только тогда, когда она начинает покрываться инеем.
Сама суть русской печи в том, что весь крестьянский быт теплился вокруг нее, и вся жизнь в деревенском доме связана была только с ней. Все помнят выражение «Плясать от печки», но мало кто понимает значение этих слов. Вокруг печки строился дом, чтобы по нему равномерно расходилось тепло, и уборку в доме всегда начинали с чистки печи, а уж потом намывали всё вокруг…

В крестьянском доме печь топилась строго по режиму — одновременно с приготовлением пищи, помывкой детей и постирушками. В доме взрослые не мылись — для этого существовала баня. Печь топилась ежесуточно, а для поддержания тепла требуется значительно меньше дров, чем для прогревания полностью выстуженного дома. Русская печь подразумевает определенный уклад жизни, и когда этот уклад меняется — надобность в такой печи отпадает, ибо готовить можно на газовой или электрической плите, воду греть в бойлере, а обогревать дом с помощью современного компактного котла. Единственное место, где дровяная печь пока ещё твёрдо держит позиции — это русская баня. И задача банной печи — быстро нагнать необходимую температуру. Понятно, что и конструкция печи будет под стать этой задаче.