Основа конструкции – две вертикальные камеры разного размера, внизу соединенные между собой общим каналом. Меньшая емкость называется камерой сгорания. Она применяется сначала для розжига, затем для горения дров.
Растапливают печь обычно с использованием легковоспламеняющихся материалов, таких как деревянная стружка, щепки, бумага, небольшие сухие веточки. С помощью специальных заслонок в нижнем отсеке топочной камеры можно регулировать силу тяги.
После того как прогреется вся система, включая дымоход и большую камеру, ракетная печь начнет выполнять свои функции по обогреву комнаты. Определить этот момент можно по тому, как гул, возникший в начале, стихнет.
Помещение нагревается от дымового канала, который проходит через комнату или по ее периметру. Продукты сгорания, пройдя по всей протяженности трубы и отдав тепло в помещение, наружу выходят холодными. То есть тепловая энергия по максимуму сохраняется внутри отапливаемой комнаты.
Чтобы полностью разобраться с механизмом работы печи-ракеты и приступить к ее изготовлению, стоит изучить все плюсы и минусы подобного оборудования.
Среди главных преимуществ реактивной печи для обогрева дома, сделавшие ее такой популярной, отмечают следующее:
В то же время в работе реактивных печей имеются следующие недостатки:
Мастерам и любителям, кому под силу соорудить такую ракетную печь, необходимо обратить внимание на единственную трудность, которая может возникнуть на пути к цели. Речь идет о получении разрешения на строительство. Что же касается самой работы, с ней справится любой желающий.
Особенность печи состоит в том, что агрегат имеет изогнутую камеру сгорания: в виде буквы J или L. Благодаря такой конструкции огонь движется в горизонтальном направлении, и тепло, дойдя до изгиба трубы, поднимается под действием эффекта турбулентности. В свою очередь возникающая тяга поддерживает интенсивность горения.
Внутри большой камеры имеется тепловой стояк, по которому вверх поднимаются нагретые газы и, отдав часть тепла, снова опускаются по каналам. Вторичное спускание воздуха способствует практически полному выгоранию золы и сажи, что значительно повышает теплоотдачу печи.
Самый распространенный материал для создания реактивной печи своими руками – глина. Однако в наше время вполне уместно использовать другие материалы, например, плитку или камень.
Ракетная печь из кирпича показывает высокий уровень КПД. Пройдя весь путь от камеры сгорания к дымовому каналу, газ, выходящий наружу, под действием высоких температур (от 900 до 1200 градусов) превращается в водяной пар и углекислый газ. При таких показателях осуществляется сгорание сажи.
Для топки печи-ракеты подойдут практически все горючие вещества: вторичные материалы, шишки, ветки, опилки и др.
Если вы хотите, чтобы самодельная печь-ракета моментально отдавала тепло в помещение, колпак требуется оставить свободным, не обмазывая глиной. Если нужно дольше сохранять тепло от горения, в таком случае это изделие стоит изолировать с помощью кирпича или глины.
Первый ряд
выкладывается сплошным. Бруски должны лежать в точном соответствии с показанным на схеме рисунком: это придаст всей основе прочности. Для кладки потребуется 62 красных кирпича.
На изображении хорошо видно соединение трех отделов печи.
Углы на боковых брусках фасада топки срезаются или скругляются: так конструкция будет выглядеть аккуратнее.
Второй ряд. На этом этапе работы закладываются внутренние дымовые каналы, через которые будут проходить нагретые в топке газы, отдавая тепло кирпичам лежанки. Дымоотводы соединяются с топливником, который также начинает формироваться в этом ряду.
Первый кирпич стенки, разделяющей два канала под лежанкой, срезается по диагонали. Этот «закуток» будет собирать оставшиеся продукты горения, а прочистная дверца, установленная напротив скоса, позволит без труда его очистить.
Для кладки уровня потребуется 44 кирпича.
На втором же ряду монтируются дверцы поддувальной и очистной камер, которые необходимы для периодического приведения в порядок зольного отверстия и внутренних горизонтальных каналов.
Дверцы крепятся с помощью проволоки, которая закручивается на ушках чугунных элементов, а затем размещается в швы кладки.
Третий ряд практически полностью повторяет конфигурацию второго, но с учетом укладки в перевязку. Потому для него также потребуется 44 бруска.
Четвертый ряд.
На этом этапе перекрываются дымоотводы, проходящие внутри лежанки, сплошным слоем кирпича.
Оставляется отверстие топки и формируется канал, который будет отапливать варочную плиту и отводить продукты горения в дымовую трубу.
Кроме того, сверху перекрывается поворотный горизонтальный дымоход, отводящий нагретый воздух под лежанку.
Для кладки уровня нужно подготовить 59 брусков.
Пятый ряд. Следующий этап – это перекрытие выступа печи вторым перекрестным слоем кирпича. Продолжают выводиться дымоотводные каналы и топка. Для работы необходимо 60 брусков.
Шестой ряд. Выкладывается первый уровень подголовника лежанки и начинает подниматься часть печи, на которой будет установлена варочная плита. По-прежнему выводятся дымоотводные каналы. В процессе работы понадобится 17 кирпичей.
Седьмой уровень. Завершается кладка подголовника, для чего используются срезанные наискосок бруски. Поднимается второй ряд основы под варочную панель. На этом этапе потребуется 18 кирпичей.
Восьмой уровень. Производится кладка конструкции печи с тремя каналами. Для этого понадобится 14 брусков.
Девятый и десятый ряды
схожи с предыдущим. Они выкладываются по той же схеме: поочередно и в перевязку.
На каждый из уровней понадобится по 14 брусков.
Одиннадцатый ряд. Продолжается кладка по схеме. Для работы необходимо использовать 13 кирпичей.
Двенадцатый уровень. На этом этапе формируется отверстие для установки дымовой трубы. Проем, подводимый под плиту, снабжается срезанным наискосок бруском для более плавного перетекания нагретого воздуха в соседний канал, ведущий в нижние горизонтальные трубы, расположенные в лежанке. На кладку уровня используется 11 кирпичей.
Тринадцатый ряд.
Формируется основа под плиту, происходит объединение центрального и бокового каналов. Именно по ним горячий воздух будет поступать под плиту, а затем перетекать в вертикальный канал, ведущий под лежанку.
Укладывается 10 кирпичей.
На 13 же ряду готовится основа под сооружение варочной плиты. Для этого по периметру пространства, в котором были объединены два вертикальных канала, настилается жаростойкий материал – асбест. На него размещается цельная металлическая плита.
Четырнадцатый ряд. Перекрывается отверстие для трубы и поднимается стенка, отделяющая варочная плиту от зоны лежанки. Для работы потребуется всего 5 брусков.
Пятнадцатый ряд. Для выполнения этого уровня, поднимающего стенку, также необходимо 5 кирпичей.
На картинке-схеме смоделирован пример использования варочной плиты. В этом случае кастрюля поставлена именно на тот участок поверхности, который будет прогреваться в первую очередь, так как под ним проходит горячий поток воздуха.
После завершения всех описанных в порядовке работ в отверстие, которое находится сзади печи, устанавливается дымовая труба, которая выводится на улицу.
С задней стороны конструкция выглядит вполне аккуратно, потому ее можно установить как около стены, так и посередине комнаты.
Такая печь отлично подойдет для отопления дачного домика. Если же конструкцию и дымовую трубу декорировать отделочными материалами, подобное оборудование может стать оригинальным и функциональным дополнением любого частного дома.
Как можно увидеть, уголок, образовавшийся под разделочной полкой, очень удобен для сушки и хранения дров.
Одна из вариаций подобных отопительных агрегатов – печь-ракета со спальным местом. В ее основе лежит все тот же принцип пиролиза. Отличие заключается в самой конструкции теплообменника. Длинные каналы аппарата сделаны из негорючих материалов и соединены между собой. Размещается эта конструкция под плоскостью лежанки.
Сам выступ является поверхностью из глины, камня или кирпича, внутри которой горячий воздух циркулирует по каналам теплообменника. Во время работы реактивной печи газ, полученный путем пиролиза, движется по трубам под лежанкой, отдает тепло и выводится через дымоход, расположенный на улице. Его высота достигает 3000-3500 мм.
Устройство печи с топкой располагается возле одного из краев лежанки. Часто здесь же присутствует варочная поверхность, с помощью которой самодельная ракетная печь может использоваться и для приготовления пищи.
Каменная или глиняная поверхность лежанки покрывается деревянным настилом или циновкой из бамбука или соломы. Это нужно для комфорта пользователя, ведь лежанка служит ночью спальным местом, а днем – сиденьем. Народы Азии ракетную печь традиционно использовали для приема пищи, оборудовав лежанку специальным низким столиком.
Важно отметить, что такой вид печного устройства довольно экономно расходует топливные ресурсы. Для нагревания агрегата вполне хватает охапки средних по толщине сухих веток. Благодаря тому, что печь-ракета из кирпича долго удерживает тепло, натопив один раз вечером, всю ночь можно наслаждаться созданным комфортом, не заботясь об очередной закладке горючего.
Главное требование к работе реактивной печи на дровах, благодаря которому достигается максимальная теплоотдача, – предварительный разогрев. Для этого подойдет бумага, опилки или щепки, подброшенные в топку. После достаточного прогревания конструкции характерные звуки утихнут или изменят тональность: это сигнал того, что можно переходить к закладке основного топлива, которое быстро разгорится от жара, полученного в начале работы.
Контролировать процесс функционирования печи можно благодаря специальным заслонкам, регулирующим тягу. До полного разгорания топлива дверцу топочной камеры или поддувала нужно держать открытой. Когда пламя хорошо разгорится, а печь начнет гудеть, дверцу можно прикрыть. Звуки, издаваемые печным оборудованием, подскажут, что именно нужно делать. Если в процессе топки пламя начнет затухать, то, приоткрыв заслонку, можно помочь печи разгореться с новой силой.
5 Рейтинг 5.00
- 5.0 out of 5 based on 12 votes
Что же это за такое чудо: ракетная печь? Ракетная печь, печь-ракета и даже реактивная печь, как она только не называется, однако никакого отношения к ракетам и реактивным двигателям не имеет. Такое название она получила, очевидно, из-за характерного "ракетного" звука, который возникает при сбое режима и излишнем поступлении воздуха через поддувало в топку. Во всяком случае разработчики назвали её именно так: rocket stove, что можно перевести, как ракета-печь.
Впервые разработана конструкция была в Америке и изначально предназначалась для использования в полевых условиях. Основная идея заключается в том, чтобы при максимальной простоте устройства получить печь с высоким КПД. Для этого были применены два простых и в сущности известных приёма. Первый – это более полное разложение газов с их дожигом за счёт относительно продолжительного задержания в нагретом состоянии. Второй – это максимальное извлечение тепла от сгоревших газов.
Топка имеет хорошую теплоизоляцию, поэтому быстро нагревается и начинается пиролиз дров – разложение твёрдых дров на газ под действием высокой температуры. Часть пиролизных газов разлагается до древесных газов и сгорает. Однако некоторая часть разлагается недостаточно для горения. В обычных печах эти полуразложившиеся продукты пиролиза вылетают в дымоход в виде дыма и частично оседают в виде сажи. Таким образом, любой дым – это недосгоревшие дрова, которые не только увеличивают затраты на отопление, но ещё и засоряют дымоход.
Отсюда можно сделать вывод, что у печи, служащей для обогрева, основная задача – это как можно более полно сжечь топливо, решая две, хоть и второстепенные, но не менее важные, задачи. Во-первых, забрать как можно больше тепла у сгоревшего древесного газа и, во-вторых, аккумулировав его, распределять в отапливаемом помещении как можно более длительное время.
Основное достоинство ракетной печи заключается в том, что она великолепно решает все эти задачами.
После поджига основной закладки дров топка прогревается практически одновременно с горизонтальны и вертикальным каналом - так называемым туннелем горения - Burn Tunnel. Для этого туннель горения, или как его ещё называют, жаровая труба, так же, как и топка, изолирован материалом, который обладает не только теплоизоляционными свойствами, но и малой теплоёмкостью. Температура в жаровой трубе повышается до 900°C и при нормальных условиях в верхней части может достичь 1000°C.
В таких условиях газы попадают в верхнюю часть колпака и нагревают верхнюю её часть до 400°C. Далее, опускаясь вниз и охладевая до 250°C, газы нагревают колпак и его обмазку, выполняющую роль теплоаккумулятора. При этом обмазка выполнена из самана: смеси глины и соломы – недорогого и доступного материала.
После предварительного охлаждения в верхней зоне колпака газ попадает во вторичный зольник. Здесь заканчивается дожиг древесных газов и выпадение остатков пироза, которые по каким-то причинам оказались недостаточно разложены для сгорания. Далее газ относительно медленно движется в горизонтальном дымовом канале, где он отдаёт свои последние остатки тепла, нагревая обмазку лежанки, которая также выполнена из самана.
Преимущества:
Недостатки:
Ракетная плита имеет теплоизолированную образную камеру сгорания, что заставляет огонь двигаться сначала по горизонтали, а затем в камеру под углом 90 градусов, что вызывает сильную турбулентность. Попав в верхнюю часть камеры-колпака, горячие газы, разогретые до температуры 1000°C, отдают большую часть тепла и опускаются вниз, где попадают во вспомогательный зольник, а там при температуре около 250°C происходит их окончательный пиролиз вместе с дожигом пиролизных (древесных) газов. Затем в горизонтальном канале продукты горения отдают остатки своего тепла и поступают в дымовую трубу.
Несмотря на простоту и доступность конструкции, для нормальной работы печи в запланированном режиме при её устройстве необходимо соблюдать размеры и учитывать все рекомендации.
Инженеры и исследователи выработали наилучшее соотношение размеров для того, чтобы все процессы проходили наиболее оптимально. Вот их рекомендации:
Скажем сразу: ракетная печь – простое и удобное отопительно-варочное устройство на древесном топливе с хорошими, но не исключительными параметрами. Ее популярность объясняется не только броским названием, но более тем, что ее может сделать своими руками и не печник и даже не каменщик; при необходимости – буквально за 15-20 мин.
И еще тем, что, вложив немного больше труда, можно в доме получить прекрасную лежанку, не прибегая к постройке сложной, дорогой и громоздкой русской или колпаковой печи. Причем сам принцип устройства печи-ракеты дает большую свободу дизайну и проявлению творческих способностей.
Но едва ли не более примечательна «реактивная печь» огромным количеством связанных с ней, временами совершенно несуразных выдумок. Вот, к примеру, несколько выхваченных наугад перлов:
Примечание: на самом деле печь-ракету прозвали так потому, что в неправильном режиме топки (о чем далее) она издает громкий свистящий гул. Правильно настроенная ракетная печь шепчет или шелестит.
Эти и подобные им несообразности, понятно, сбивают с толку и мешают сделать ракетную печь как следует. Так что давайте-ка разберемся, что о ракетной печи есть правда, и как этой правдой правильно воспользоваться, чтобы эта действительно хорошая печка проявила все свои достоинства.
Для полной ясности нужно еще разобраться, почему печь не может быть ракетой, а ракета – печью. Любой РД – это тот же ДВС, только в роли поршней, шатунов с кривошипом и трансмиссии выступают сами истекающие газы. В поршневом ДВС уже в момент сгорания высокая температура рабочего тела создает большое давление, которое толкает поршень, а он уж движет всю механику. Движение поршня активное, рабочее тело толкает его туда, куда и само стремится расшириться.
При сжигании топлива в камере сгорания РД тепловая потенциальная энергия рабочего тела тут же преобразуется в кинетическую, как у падающего с высоты груза: поскольку раскаленным газам открыт выход в сопло, они туда и устремляются. В РД давление играет подчиненную роль и нигде не превышает первых десятков атмосфер, этого при любом мыслимом сечении сопла мало, чтобы разогнать до 2,5М мигарь или вывести на орбиту спутник. По закону сохранения импульса (количества движения) летательный аппарат с РД при этом получает толчок в обратную сторону (импульс отдачи), это и есть реактивная тяга, т.е. тяга от отдачи, реакции. В ТРДД второй контур создает вокруг реактивной струи невидимую воздушную оболочку. Вследствие этого импульс отдачи как бы стягивается в направлении вектора тяги, поэтому ТРДД намного экономичнее простого ТРД.
В печи преобразования видов энергии друг в друга нет, потому она и не двигатель.Печка просто распределяет потенциальную тепловую энергию должным образом в пространстве и времени. С точки зрения печи, у идеального РД КПД = 0%, т.к. он за счет топлива только тянет. С точки зрения реактивного движка, у печи КПД = 0%, она только рассеивает тепло и ничуть не тянет. Наоборот, если давление в дымоходе поднимется до или выше атмосферного (а без этого откуда возьмется реактивная тяга или активное усилие?), печь как минимум задымит, а то и отравит жильцов или пожар устроит. Тяга в дымоходе без наддува, т.е. без затрат энергии со стороны, обеспечивается за счет разности температур по его высоте. Потенциальная энергия тут опять же, ни в какую другую не преобразовывается.
Примечание: в ракетном РД топливо и окислитель подаются в камеру сгорания из баков, или сразу в нее заправляются, если РД на твердом топливе. В турбореактивном двигателе (ТРД) окислитель – атмосферный воздух – нагнетается в камеру сгорания компрессором с приводом от турбины в потоке выхлопных газов, на вращение которой расходуется некоторая доля энергии реактивной струи. В турбовинтовом двигателе (ТВД) турбину рассчитывают так, чтобы она отбирала 80-90% мощности струи, которая передается на воздушный винт и компрессор. В прямоточном воздушно-реактивном двигателе (ПВРД) подача воздуха в камеру сгорания обеспечивается скоростным напором на гиперзвуке. Опытов в ПВРД проводилось много, но серийных самолетов с ним не было, нет и не предвидится, уж больно ПВРД капризен и ненадежен.
Среди мифов о ракетной печи есть и не совсем абсурдные, и даже в чем-то обоснованные. Одно из таких заблуждений – отождествление «ракетки» с китайским каном.
Автору довелось еще в детстве побывать зимой в Приамурье, в районе Благовещенска. Китайцев там по селам и тогда жило много, драпали кто куда от культурной революции Великого Председателя Мао и его напрочь отмороженных хунвэйбинов.
Зима в тех краях не московская, мороз в –40 обычное дело. И что поразило, и пробудило интерес к печам вообще – как обогревались канами китайские фанзы. В русские деревни дрова везут возами, из труб дым столбом. И все равно, в избе из бревнышек не в детский обхват к утру углы изнутри обмерзали. А фанза выстроена вроде дачного домика (см. рис.), окна затянуты рыбьим пузырем или вовсе рисовой бумагой, в кан подкладывают пучочки щепок или веточек, но в помещении всегда тепло.
Однако тонких теплотехнических премудростей в кане нет. Это обычная, только маленькая, кухонная плита с нижним выходом в дымоход, а большая часть самого дымохода – длинный горизонтальный канал, боров, на котором устроена лежанка. Дымовая труба, пожарной безопасности ради – вне здания.
Эффективность кана определяется прежде всего создаваемой им тепловой завесой: лежанка огибает если не весь периметр изнутри, кроме двери, то 3 стены уж точно. Что лишний раз подтверждает: конструкция и параметры печи должны быть увязаны к таковыми обогреваемого помещения.
Примечание: корейская печь ондоль действует по принципу теплого пола – очень низкая лежанка занимает почти всю площадь комнаты.
Во-вторых, в самую стужу каны топили аргалом – высохшим пометом жвачных животных, домашних и диких. Его теплотворная способность довольно велика, но горит аргал медленно. Фактически, уже костерок из аргала – печь длительного горения.
Не в русском обычае то и дело совать в печь прутики, и гнушались наши мужики готовить еду на скотских фекалиях. Но путешественники прошлого аргал как топливо весьма ценили, собирали по пути и везли с собой запас, старательно оберегая от намокания. Н. М. Пржевальский в одном из своих писем утверждал, что без аргала он не смог бы провести свои экспедиции по Центральной Азии без потерь. А у брезговавших аргалом англичан на базу возвращалось 1/3-1/4 личного состава отрядов. Правда, набирался он из сипаев, индийских солдат на английской службе, и пандитов – шпионов, завербованных из местного населения. Так или иначе, но изюминка печи-ракеты вовсе не в лежанке на борове. Чтобы до нее добраться, придется научиться думать по-американски: все первоисточники по ракетной печи оттуда, а несусветные домыслы порождены только и только недопониманием.
С нашим взглядом на вещи изучать оригинальную техдокументацию печей-ракет нужно осмотрительно, но вовсе не из-за дюймов-миллиметров, литров-галлонов и тонкостей американского технического жаргона. Хотя и они тоже много значат.
Примечание: хрестоматийный пример – «Naked conductor runs under the carriage». Литературный перевод – голый кондуктор бежит под вагоном. А в оригинальной статье из «Petroleum Engineer» это значило «Неизолированный провод проходит под тележкой крана».
Печь-ракету придумали члены обществ выживания – люди со своеобразным даже по американским меркам образом мыслей. Кроме того, они не были связаны какими-либо стандартами и нормами, но, как и все американцы, машинально все всегда пересчитывали на деньги с учетом собственной выгоды; человек с иным мировоззрением в Америке просто не уживется. А инстинктивная корысть неминуемо порождает эгоцентризм. Добрых дел он отнюдь не исключает, но не по душевному порыву, а из расчета на дивиденды. Не в этой жизни, так в той.
Примечание: насколько средний житель величайшей в истории империи всего боится, можно понять, только достаточно долго с ними пообщавшись. А социопсихологи там из кожи вон лезут, убеждая, что жить, томясь в страхе – нормально и даже круто. Подоплека понятна: запуганная биомасса легко прогнозируема и управляема.
Без обогрева и готовки, понятно, не выживешь. Для чего нужна печь. До поры, до времени выживатели довольствовались походными печками. Но затем, по признаниям самих американцев, в 1985-86 гг. на них произвели огромное впечатление два кинофильма, вышедшие в прокат с небольшим промежутком и триумфально обошедшие все экраны мира: советская фантастическая пародия на весь род людской «Кин-дза-дза» и голливудский «На следующий день» (The Day After), о глобальной ядерной войне.
Выживатели поняли, что после ядерной зимы никакой экстремальной романтики не будет, а будет планета Плюк в галактике Кин-дза-дза. Довольствоваться новоявленным плюканам придется «ка-це» в малом количестве, плохими, дорогими и трудно доступными. Да, вдруг кто не смотрел «Кин-дза-дза» – ка-це по-плюкански спичка, мерило богатства, престижа и могущества. Нужно было придумывать свою печь, ни одна из существующих на послеядерный плюк не рассчитана.
Американцы очень часто наделены острым умом, но глубокий встречается как редчайшее исключение. Вполне нормальный и с IQ повыше среднего гражданин США может искренне не понимать, как это до другого не доходит то, что он сам уже «догнал» и как это кому-то еще может не нравиться то, что его самого устраивает.
Если уж американец уразумел суть идеи, то он доводит изделие по ней до возможного совершенства – а вдруг покупатель найдется, сырую-то железину не продашь. Но техдокументация, на вид красивая и аккуратная, может быть составлена по сути крайне небрежно, а то и умышленно искажена. А что тут такого, это мое ноу-хау. Может, продам кому. Плюк то ли будет, то ли нет, а пока ноу-хау денег стоит. В Америке такое отношение к делу считается вполне честным и достойным, зато там клинический алкоголик на работе стопарь ни за что не пропустит и пары болтиков домой на хозяйство не утянет. На том, в общем-то, вся Америка и стоит.
А русская широта души – тоже палка о двух концах. Наш мастер чаще всего просто по эскизу сразу понимает, как эта штука работает, но в мелочах оказывается небрежен и к исходникам чрезмерно доверчив: как это, чтобы братан-умелец своего же обманывал. Если чего нет, ну и не нужно значит. Вроде ясно, как там все крутится – уже и руки чешутся. А там, может быть, пока дело дойдет до молотка, зубила и сопутствующей словесности, еще считать и считать. Да еще важные моменты могут быть опущены, завуалированы или заведомо неверны.
Примечание: автора данной статьи знакомый американец спросил однажды – а как это мы, действительно тупые, выбрали президентом очень умного Рейгана? А вы, действительно умные, терпите в Кремле слюнявого маразматика с крашеными бровями? Правда, тогда в Америке никому и в дурном сне не привиделось бы, что в следующем столетии в Овальном кабинете водворится чернокожий гражданин с мусульманским именем, а его первая леди вскопает возле Белого дома огород и станет там выращивать репу. Times is changing, как пел когда-то Боб Дилан совсем по другому поводу…
Есть в технике такая штука – закон квадрата-куба. Попросту, при изменении размеров чего-то площадь его поверхности меняется по квадрату, а объем – по кубу. Чаще всего это значит, что изменить общие размеры изделия по принципу геометрического подобия, т.е. просто выдерживая пропорции, нельзя. Применительно к печам на твердом топливе закон квадрата-куба действителен вдвойне, т.к. топливо тоже ему подчиняется: тепло оно выделяет с поверхности, а его запас содержится в объеме.
Примечание: следствие из закона квадрата-куба – любая конкретная конструкция печи имеет некую допустимую вилку ее размеров и мощности, в пределах которой обеспечиваются заданные параметры.
Почему, к примеру нельзя сделать буржуйку размером с холодильник и мощностью где-то этак киловатт на 50-60? Потому, что буржуйка, чтобы она хоть как-то грела, должна быть сама внутри нагрета не менее чем до 400-450 градусов. А чтобы прогреть до такой температуры объем холодильника при заданной теплоотдаче, дров или угля нужно столько, сколько в него не поместится. От мини-буржуйки толку тоже не будет: тепло уйдет через внешнюю поверхность печи, выросшую относительно ее объема, а топливо его больше, чем может, не отдаст.
На печь-ракету закон квадрата-куба действует втройне, т.к. она «вылизана» по-американски профессионально. С нашенским кондачком от нее лучше держаться подальше. Вот, к примеру, здесь на рис. американская разработка, которую, судя по ее востребованности, многие наши умельцы берут за прототип.
Оригинальный чертеж мобильной печи-ракеты
С тем, что здесь не указаны точно сорт огнеупорной глины (fire clay) наши-то еще разберутся. Но, если честно, кто обратил внимание, что, судя по отсутствию внешнего дымохода и наличию транспортировочных отверстий (carrying pipe), эта печь мобильная с открытой топкой? А главное – на то, что на ее барабан пошел 20-галлонный бочонок диаметром в 17 дюймов (431 мм с мелочью)?
Судя по конструкциям из рунета – никто вообще. Берут сию штукенцию и подгоняют по принципу геометрического подобия под отечественную 200-л бочку диаметром 590 мм по наружи. Устроить поддувало многие догадываются, но бункер оставляют открытым.Не указаны точно пропорции вермикулита с перлитом для футеровки райзера и формования тела печи (core)? Футеровку делаем однородной, хотя из дальнейшего будет ясно, что она должна состоять из изолирующей и аккумулирующей частей. В результате – печь ревет, топливо ест только сухое, и много, а еще до конца сезона зарастает внутри гарью.
Итак, уже без фантастики с футурологией, выживателям понадобилась печь для обогрева дома, работающая с высоким КПД на низкокачественном случайном древесном топливе: влажной щепе, ветках-прутиках, корье. Которое, кроме того, нужно будет догружать, не останавливая печи. И просушить в дровнике скорее всего не будет возможности. Теплоотдача после протопки нужна не менее 6 час, чтобы высыпаться; угореть во сне на Плюке ничуть не лучше, чем в Америке. Дополнительные условия: в конструкции печи не должно быть сложных металлоизделий, неметаллических материалов и узлов, требующих для изготовления производственного оборудования, а сама печь должна быть доступна для постройки неквалифицированным работником без применения электроинструмента и сложных технологий. Разумеется, никаких наддувов, электроники и прочих энергозависимостей.
От кана сразу взяли лежанку, но как быть с топливом? Для колпаковой печи оно требуется высококачественное. Печи длительного горения работают хоть на опилках, но только сухих, и не допускают останова с догрузкой. Их все же взяли за основу, очень привлекал высокий КПД, достигаемый простыми способами. Но в попытках заставить «длинные печки» работать на плохом топливе выяснилось еще одно обстоятельство.
Высокая эффективность печей длительного горения достигается во многом за счет дожигания пиролизных газов. Пиролиз – термическое разложение твердого топлива на летучие горючие вещества. Как оказалось (а у выживателей есть свои исследовательские центры с высококлассными специалистами), пиролиз древесного топлива, особенно влажного, достаточно долго продолжается в газовой фазе, т.е. только что выделившимся из дерева пиролизным газам требуется еще довольно много тепла, чтобы образовалась смесь, способная догореть полностью. Эту смесь назвали древесным газом, woodgas.
Примечание: в рунете woodgas породил еще путаницу, т.к. в американском просторечии gas может означать любое топливо, ср. напр. gas station – автозаправочная станция, заправка. При переводе первоисточников не зная американского технического, получалось, что woodgas – просто древесное топливо.
До того древесного газа никто не увидел: в обычных печах он образуется сразу в топке, за счет избытка энергии пламенного горения. Конструкторы печей длительного горения пришли к тому, что первичный воздух нужно подогревать, а отходящие газы задерживать в значительном объеме над большой массой топлива, просто методом проб и ошибок, так что древесный газ и они проглядели.
Не так оказалось при топке пучками веточек: здесь первичные пиролизные газы тяга сразу тащила в дымоход. Древесный газ мог бы образоваться в нем на некотором удалении от топки, но первичная смесь к тому времени остывала, пиролиз прекращался, а тяжелые радикалы из газа оседали на стенки дымохода нагаром. Который быстро затягивал канал полностью; с этим явлением хорошо знакомы любители, строящие печи-ракеты наобум. Но исследователи-выживатели в конце концов поняли, в чем дело, и все-таки сделали нужную печь.
Есть в технике негласное правило: если кажется, что создать устройство по заданным требованиям невозможно, то почитай, умник, школьные учебники. Т.е., обратись к основам. В данном случае – к основам термодинамики. Выживатели больным самолюбием не страдают, они к основам и обратились. И нашли главный принцип работы своей печи, не имеющий аналогов в других: медленное адиабатическое дожигание пиролизных газов в слабом потоке. В печах длительного горения дожигание равновесное изотермическое, требующее большого буферного объема, подверженного закону квадрата-куба, и запаса энергии в нем. В пиролизных газы в дожигателе расширяются почти по адиабате, но практически в свободный объем. А теперь – учимся мыслить по-американски.
Схема конечного плода трудов выживателей представлена на левой части рис. Топливо загружается вертикально в бункер (Fuel Magazine) и горит, постепенно оседая вниз. Воздух в зону горения поступает через поддувало (Air Intake). Поддувало должно обеспечить избыток воздуха, чтобы его хватило на дожигание. Но не чрезмерный, чтобы холодный воздух не остудил первичную смесь. При вертикальной загрузке топлива и глухой крышке бункера регулятором, впрочем, не весьма эффективным, выступает само пламя: слишком разгоревшись, оно оттесняет воздух.
Устройство ракетных печей
Далее начинаются вещи уже нетривиальные. Нам нужно прогреть, и с хорошим КПД, большую печь. Закон квадрата-куба не пускает: мизерное тепло сразу рассеется настолько, что и пиролиз не дойдет до конца, и термоградиента изнутри наружу не хватит на теплоотдачу в помещение; все высвистит в трубу. Закон этот вредный, в лоб его не прошибешь. Ладно, посмотрим в основах, нет ли там чего, что ему не подвластно.
А как же, есть. Тот самый адиабатический процесс, т.е. термодинамический без теплообмена с окружающей средой. Нет теплообмена – квадраты отдыхают, и кубы можно свести хоть в наперстку, хоть к небоскребу.
Представим себе полностью изолированный от всего объем газа. Допустим, в нем выделяется энергия. Тогда температура и давление начнут расти, пока не прекратится энерговыделение, и застынут на новом уровне. Прекрасно, топливо мы сожгли полностью, горячие дымовые газы можно выпускать в теплообменник или теплоаккумулятор. Но как это сделать без технических сложностей? А главное – как, не нарушая адиабаты, подавать воздух для дожигания?
А мы сделаем адиабатический процесс неравновесным. Как? Пусть первичные газы сразу от очага горения уходят в трубу, покрытую высококачественной изоляцией с малой собственной теплоемкостью (Insulation). Назовем эту трубу для себя жаровой или туннелем горения (Burn Tunnel), но не подпишем (ноу-хау! Не догоняешь – денег давай за чертежи-консультации! Без теории, разумеется. Кто же основной капитал в розницу распродает.) На схеме, чтобы не обвинили в «непрозрачности», обозначим пламенем.
По длине жаровой трубы показатель адиабаты меняется (это и есть неравновесный процесс): температура сначала немного упадет (образуется древесный газ), затем резко возрастет, газ догорит. Можно выпускать его в накопитель, но мы ведь забыли – а что газы по жаровой трубе потянет? Наддув означает энергозависимость, и точной адиабаты не будет, а что-то в смеси с изобарой, т.е. упадет КПД.
Тогда удлиним трубу вдвое, сохранив изоляцию, чтобы тепло зря не ушло. «Холостую» половину загнем вверх, сделав на ней изоляцию послабее; как сохранить просачивающееся через нее тепло, подумаем чуть позже. В вертикальной трубе появится разность температур по высоте, а, значит – тяга. И хорошая: сила тяги зависит от разности температур, а при средней в жаровой трубе около 1000 градусов добиться разницы в 100 на высоте около 1 м несложно. Итак, пока мы сделали маленькую экономичную печку-буржуйку, теперь нужно подумать, как ее тепло использовать.
Да, тут не мешает дополнительно подшифроваться. Если назвать вертикальную часть жаровой трубы первичным или внутренним дымоходом (Primary or Internal Vent), то и об основной идее догадаются, не мы же на свете самые умные. Ну… назовем первичный дымоход самым общим техническим термином для вертикальных трубопроводов с восходящим током – райзером (riser). Чисто по-американски: правильно и непонятно.
Теперь вспомним о теплоотдаче после протопки. Т.е. нам нужен дешевый, всегда доступный и очень емкий теплоаккумулятор. Изобретать тут нечего, саман (Thermal Mass) еще первобытные придумали. Но он не огнестоек, более 250 градусов не держит, а у нас на устье райзера около 900.
Преобразовать высокопотенциальное тепло в среднепотенциальное без потерь несложно: нужно дать газу возможность расшириться в изолированном объеме. Но, если оставить расширение адиабатическим, то объем понадобится слишком большой. А значит – материало- и трудоемкий.
Пришлось опять идти на поклон к основам: сразу по выходе из райзера газы пусть расширяются при постоянном давлении, изобарически. Для этого необходим отвод тепла наружу, порядка 5-10% тепловой мощности, но оно не пропадет и даже окажется полезным для быстрого прогрева помещения при утренней топке. А дальше по ходу газов – остывание изохорическое (в постоянном объеме); таким образом практически все тепло уйдет в аккумулятор.
Как это сделать технически? Накроем райзер тонкостенным железным барабаном (Steel Drum), он же пресечет теплопотери из райзера. «Друм» получается высоковат (райзер сильно торчит вверх), но не беда: мы его на 2/3 высоты обмажем тем же саманом. Присоединяем лежанку с герметичным дымоходом (Airtight Duct), наружный дымоход (Exhaust Vent), и печь почти готова.
Примечание: райзер и накрывающий его барабан с виду похожи на печной колпак над вытянутым вверх хайлом. Но термодинамика здесь, как видим, совсем другая. Пытаться улучшить колпаковую печь, надстраивая хайло, бесполезно – только лишний материал и работа уйдут, а печка лучше не станет.
Осталось решить проблему прочистки канала в лежанке. Китайцам для этого приходится кан время от времени ломать и муровать заново, но мы же не в I в. до н.э. живем, когда кан придумали. Мы устроим сразу после барабана вторичный зольник (Secondary Airtight Ash Pit) c герметичной прочистной дверцей. Вследствие резкого расширения и охлаждения в нем дымовых газов все в них, что не догорело, тут же конденсируется и оседает. Чистота внешнего дымохода гарантируется этим на годы.
Примечание: вторичную прочистку придется открывать раз-два в год, так что с петлями-задвижками можно не морочиться. Сделаем просто крышку из металлического листа на винтах с прокладкой из минерального картона.
Следующей задачей конструкторов было создать на том же принципе малую печь непрерывного горения для приготовления пищи в теплое время года. В отопительный сезон для стряпни пригодна покрышка барабана (Optional Cooking Surface) большой печи, она нагревается примерно до 400 градусов. Малая печь-ракета должна была быть переносной, но зато ее допустимо было сделать с открытой топкой, т.к. когда тепло, готовить можно и на открытом воздухе или под навесом.
Вот тут конструкторы отомстили закону квадрата-куба, заставив его работать на себя: совместили топливный бункер с поддувалом см. на рис. в начале раздела справа. В большой печи так делать нельзя, точная регулировка режима печи по мере оседания топлива (см. далее) окажется невозможной.
Здесь же объем поступающего первичного воздуха (Primary Air) оказывается невелик относительно площади тепловыделения и воздух уже не может остудить первичную смесь до прекращения пиролиза. Его подача регулируется щелью в крышке бункера (Cover Lid). Бункер, наклонный под 45 градусов, оптимизирует авторегулировку мощности печи под стандартные кулинарные процедуры, но сделать его сложнее.
Вторичный воздух для дожигания древесного газа в малой печи поступает через дополнительные отверстия в устье райзера или просто подтекает под конфорку, если на ней стоит варочная посудина. Если малая печь размера, близкого к предельному (около 450 мм в диаметре), то для полного дожигания может понадобиться надставка-обечайка, Optional Secondary Woodgas Frame).
Примечание: подавать вторичный воздух к устью райзера большой печи через отверстия в барабане (что повысило бы КПД печи) нельзя. Хотя давление во всем газодымовом тракте и ниже атмосферного, как и положено в печи, из-за сильных завихрений дымовые газы будут выбрасываться в помещение. Тут сказывается вредная для печи их кинетическая энергия; это, пожалуй, единственное, что роднит печь-ракету с реактивным двигателем.
Малая печь-ракета произвела революцию в классе походных печей, особенно туристких. Печка-щепочница (печка Бонда на Западе) поможет сварить похлебку или переждать буран в одно-двухместной палатке, но группу, застигнутую в весеннем походе запоздалым ненастьем, не спасет. А малая ракетная печь лишь немного больше, ее можно быстро сделать нигде из ничего, но способна развить мощность до 7-8 кВт. Впрочем, о печах-ракетах из чего попало мы поговорим далее.
Также малая ракетная печь породила множество усовершенствований. Напр., Габриэль Апостол снабдил ее отдельным поддувалом и широким бункером. Получилась печка, пригодная для устройства компактной и довольно мощной водогрейки, см. видео ниже. Большую печь-ракету тоже модифицировали, об этом мы расскажем немного в конце, а пока остановимся на вещах более существенных.
У ракетной печи с печами длительного горения есть общее свойство: запускать их нужно только на теплую трубу. Для малой это несущественно, но большая на холодный дымоход только зря сожжет топливо. Поэтому большой ракетной печи перед загрузкой штатного топлива в бункер после длительного перерыва в топке и растопкой необходим разгон – протопка бумагой, соломой, сухой стружкой и т.п., их помещают в открытое поддувало. Об окончании разгона судят по изменению тона гула печи или его затиханию. Тогда можно загружать топливо в бункер, а его розжиг произойдет сам собой от разгонного топлива.
Печь-ракета, к сожалению, не относится к печам, полностью самонастраивающимся под качество топлива и внешние условия. В начале горения штатного топлива дверцу поддувала или крышку бункера в малой печи открывают полностью. Когда печь сильно загудит, прикрывают ее «до шепота». Далее в процессе топки необходимо постепенно прикрывать доступ воздуха, ориентируясь по звуку печи. Вдруг воздушная заслонка захлопнулась на 3-5 мин – ничего страшного, если ее открыть, печь снова разгорится.
Зачем такие сложности? В процессе прогорания топлива приток воздуха в зону горения усиливается. Когда воздуха слишком много, печь взрёвывает, но не радуйтесь: теперь избыточный воздух охлаждает первичную газовую смесь, а звук усиливается оттого, что устойчивый вихрь в райзере сбивается в беспорядочный комок. Пиролиз в газовой фазе прерывается, никаких древесных газов не образуется, печь потребляет слишком много топлива, а в райзере оседает нагар из сажи, сцементированной битуминозными частицами. Это, во-первых, пожароопасно, но до пожара дело скорее всего не дойдет, канал райзера довольно быстро зарастет нагаром полностью. А как его чистить, если у вас покрышка барабана несъемная?
В большой печи самопроизвольная смена режима происходит скачком, когда верх палочек опустится до нижнего обреза бункера, а в малой – постепенно, по мере оседания топливной массы. Поскольку при стряпне на печи опытная хозяйка надолго от нее не отходит, конструкторы и сочли возможным ради компактности совместить в ней бункер с поддувалом.
С большой печью такой фокус не пройдет: высокий райзер тянет очень сильно, и воздушная щель нужна настолько тонкая (а ведь ее нужно еще и регулировать), что добиться стабильного режима печи невозможно. С отдельным поддувалом проще: округлую в разрезе массу топлива воздуху легче обтекать с боков, слишком разгоревшееся пламя туда его и отжимает. Печка получается до некоторой степени саморегулирующейся; правда, в очень небольших пределах, так что манипулировать поддувальной дверцей все равно время от времени приходится.
Примечание: делать бункер большой печи ради простоты без плотной крышки, как часто творят, нельзя. Из-за нерегулируемого дополнительного притока воздуха сквозь топливную массу добиться стабильного режима работы печи вряд ли окажется возможным.
Теперь посмотрим, какой должна быть самодельная печь-ракета из доступных нам материалов. Тут тоже нужна оглядка: не все, что в Америке под рукой, у нас тоже, и наоборот.
Для большой печи с лежанкой более-менее достоверные опытные данные есть для изделий с барабаном из 55-галлонной бочки диаметром 24 дюйма. 55 галлонов это 208 с мелочью литров, а 24 дюйма – почти точно 607 мм, так что наша 200-литровка вполне подойдет без дополнительного пересчета. Сохраняя параметры печи, диаметр барабана удается уменьшить вдвое, до 300 мм, что позволяет сделать его из 400-450 мм жестяных ведер или бытового газового баллона.
На поддувало, бункер, топку и райзер пойдут трубы разного размера, см. ниже, круглые или профильные. Так можно будет сделать изолирующую футеровку топочной части из смеси равных долей печной глины и шамотного щебня, не прибегая к кирпичной кладке; о футеровке райзера поговорим подробнее ниже. Горение в печи-ракете слабое, поэтому термохимия газов щадящая и толщина стали всех металлических частей, кроме газопровода в лежанке – от 2 мм; последний можно сделать из тонкостенного металлогофра, здесь дымовые газы уже полностью выдохлись и по химии и по температуре.
Для внешней обмазки лучший теплоаккумулятор – саман. При соблюдении указанных ниже размеров теплоотдача ракетной печи в самане после топки может достигать 12 час и более. Остальные детали (дверцы, крышки) – металлические из оцинковки, алюминия и т.п., с герметизирующими прокладками из минерального картона. Обычная печная фурнитура подходит мало, обеспечить ее герметичность трудно, а щелястая печь-ракета работать как следует не будет.
Примечание: печь-ракету желательно снабдить вьюшкой во внешней дымовой трубе. Хотя газовая вьюшка в высоком райзере запирает общий дымовой тракт наглухо, сильный ветер снаружи может преждевременно вытянуть тепло из лежанки.
Базовые расчетные величины, к которым привязываются остальные – диаметр барабана D и площадь его поперечного сечения по внутри S. Все прочее, исходя из размера наличной железины, определяется следующим образом:
Предельная тепловая мощность печи-ракеты из бочки составляет примерно 25 кВт, печи из газового баллона – около 15 кВт. Регулировка мощности – только размером загрузки топлива. Подачей воздуха печь вводится в режим, и ничего более!
Примечание: в первоначальных печах выживальщиков сечение райзера бралось в 10-15% S в расчете на совсем мокрое топливо. Потом там же, в Америке, появились печи-ракеты с лежанкой для бунгало, рассчитанные на воздушно-сухое топливо и более экономичные. В них сечение райзера уменьшено до рекомендуемых и здесь 5-6% S.
От теплоизоляции райзера во многом зависит экономичность ракетной печи. Но американские футеровочные материалы нам, увы, недоступны. По запасам высококачественных огнеупоров США не имеют себе равных, там они считаются стратегическим сырьем и даже проверенным союзникам продаются с оглядкой.
Из наших доступных материалов по теплотехнике их можно заменить легким шамотным кирпичом марки ШЛ и обычным самокопаным речным песком с большой примесью глинозема, правильно уложенным, см. ниже. Однако материалы эти пористые, в печи они быстро пропитаются нагаром. Тогда печь заревет при любой подаче воздуха, со всем вытекающим. Поэтому нам нужно окружать футеровку райзера металлической обечайкой, а торец футеровки обязательно замазывать печной глиной.
Схемы футеровки для 3-х видов печей показаны на рис. Суть здесь в том, что при уменьшении размеров барабана доля его непосредственной теплоотдачи через днище и нефутерованную часть возрастает по закону квадрата-куба. Поэтому при сохранении нужного термоградиента в райзере мощность футеровки можно уменьшать. Это дает возможность соответственно увеличить относительное сечение кольцевого опуска дымовых газов в барабане.
Схемы футеровки райзера в ракетных печах
Зачем? Во-первых, снижаются требования к внешнему дымоходу, т.к. внешняя тяга теперь лучше тянет. А раз тянет лучше, то и допустимая длина борова в лежанке падает медленнее, чем размеры печи. В итоге, если печь из бочки прогревает лежанку с боровом длиной до 6 м, то вдвое меньшая из баллона – 4 м.
Если футеровка райзера шамотная, то остаточные полости просто засыпают строительным песком. Речной самокопаный для футеровки целиком из песка тщательно готовить не нужно, достаточно выбрать крупный мусор. Но насыпают его послойно, в 5-7 слоев. Каждый слой утрамбовывают и обрызгивают до образования корки. Затем всю засыпку сушат неделю, замазывают верхний обрез глиной, как уже сказано, и продолжают постройку печи.
Из вышесказанного понятно, что выгоднее делать печь-ракету из газового баллона: меньше работы, меньше неприглядных частей на виду, а лежанку прогревает почти такую же. Тепловая завеса или теплый пол в сибирский мороз обогреют мощностью 10-12 кВт помещение в 50 кв. м и более, так что и здесь баллонная ракета оказывается выгоднее, большую из бочки редко когда придется запускать на полную мощность с максимальным КПД.
Умельцы, видимо, это тоже поняли; по крайней мере некоторые. К примеру, здесь на рис. – чертежи баллонной печи-ракеты. Справа – оригинал; автор, похоже, с умом разбирался в изначальных разработках и в общем получилось у него все правильно. Слева – необходимые усовершенствования с учетом использования воздушно-сухого топлива и прогрева лежанки.
Чертежи печи-ракеты из газового баллона
Плодотворная идея – отдельный подача подогретого вторичного воздуха. Печь будет экономичнее и жаровую трубу можно сделать короче. Площадь сечения его воздуховода – около 10% от сечения райзера. Печь работает всегда при полностью открытой вторичке. Вначале режим выставляют задвижкой первички; точно регулируют крышкой бункера. В конце топки печь взревет, но здесь это не так страшно, для прочистки райзера автором конструкции предусмотрена съемная крышка барабана. Она, понятное дело, должна быть с уплотнением.
Схема ракетной печи из банок
Туристы, охотники и рыболовы (многие из них – члены обществ выживания) скоро приспособили малую ракетную печь под походную из пустых жестянок. Свести влияние квадрата-куба к минимуму удалось, применив горизонтальную подачу топлива, см. схему справа. Правда, ценой некоторого неудобства: палочки по мере прогорания нужно подталкивать внутрь. Зато режим печи стал держаться железно. Каким образом? За счет автоматического перераспределения потоков воздуха через поддувало и над/сквозь топливо. Мощность баночной ракетной печи лежит в пределах 0,5-5 кВт в зависимости от размеров печи и регулируется примерно втрое величиной загрузки топлива. Основные пропорции также просты:
Пропорции эти весьма приблизительные: изменение их вдвое не мешает печи работать, а КПД в походе не столь уж важен. Если изоляция из смоченной супеси, как описано выше, стыки деталей можно просто промазывать глиной (левая поз. на рис. ниже). Тогда печка после 1-2 топок приобретет прочность, позволяющую транспортировать ее без особых предосторожностей. Но вообще-то изоляция пойдет любая из подручных негорючих материалов, след. две поз. Конфорка любой конструкции должна обеспечивать свободный приток воздуха, 3-я поз. Сварная из стального листа печь-ракета (правая поз.) с песчаной изоляцией вдвое легче и экономичнее буржуйки той же мощности.
Компактные ракетные печи
Печь-ракета из обломков кирпича
О больших стационарных ракетных печах распространяться не будем: в них вся исходная термодинамика враздрызг идет, и они лишены одного из главных достоинств изначальной печи – простоты постройки. Мы расскажем немного о ракетных печах из кирпича, глины или обломков камня, которые можно сделать за 5-20 мин, когда под рукой нет жестянок.
Вот, к примеру (см. ролик ниже), вполне полноценная по термодинамике печь-ракета из 16 кирпичей, уложенных на сухую. Озвучка английская, но там и без слов все понятно. Подобную ей можно сложить из обломков кирпича (см. рис.), булыжников, вылепить из глины. На 1 раз хватит печки, слепленной из жирной земли. Экономичность у всех у них не ахти, высота камеры сгорания маловата, но на плов или срочно обогреться хватит.
Схема печи Широкова-Храмцова
Из отечественных разработок заслуживает внимания печь-ракета Широкова-Храмцова (см. рис. справа). Авторы, не заботясь о выживании в плюке, применили современный материал – жаростойкий бетон, подогнав к нему всю термодинамику. Компоненты жаробетона не дешевы, для замеса нужна бетономешалка. Но его теплопроводность много ниже, чем у большинства прочих огнеупоров. Новая ракетная печь стала работать стабильнее, и появилась возможность часть тепла выпустить наружу в виде ИК-излучения через жаропрочное стекло. Получилась ракетная печь – камин.
А не подойдет ли печь-ракета для бани? Вроде бы на покрышке барабана каменку устроить можно. Или проточную вместо лежанки.
К сожалению, ракетная печь для бани не годится. Чтобы получить легкий пар, банная печь должна сразу прогреть тепловым (ИК) излучением стены, и тут же, или чуть погодя – воздух, конвекцией. Для этого печь должна быть компактным источником ИК и очагом конвекции. Конвекция от ракетной печи распределенная, а ИК она дает вообще мало, сам принцип ее устройства исключает существенные потери на излучение.
В удачных конструкциях ракетных печей пока больше интуиции, чем точного расчета. А посему – удачи и вам! – печь-ракета благодатное поприще для умельцев с творческой жилкой.опубликовано
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание - мы вместе изменяем мир! © econet
Ракетная печь широко известная во всем как отопительная конструкция долгого прожигания на твердом топливе. Чтобы достичь максимального КПД пришлось потрудиться. Печь на жидком топливе способна отдать всю свою энергию, а вот древесина труднее перерабатывается. Чтобы открыть весь потенциал дерева, в реактивных печах оборудовали камеру для дожигания газов.
Ракетная или реактивная печь Широкова-Храмцова получила свое название не из-за связи с космосом. Дело в форме прибора и шуме, который создается при работе, напоминающий работу ракеты. Но данный звук свидетельствует о неправильном использовании печи.
Виды ракетных печей длительного горения:
Наиболее популярная ракетная модель – «Робинзон». Ее часто используют в походах. Благодаря небольшому переносному аппарату можно понять принцип работы реактивных печей. Форма печи напоминает букву «L».
Если печь слишком шумит и гудит во время работы, то такой режим неэффективный и дорогостоящий. В норме должен быть тихий звук, немного шелестящий.
Реактивная печь имеет приемный бункер. Это горизонтальная часть трубы. В самом канале возникает тяга, именно она влияет на интенсивность горения, прогревающий корпус. Именно поэтому советуется ограничивать подачу кислорода. В противном случае дрова быстро сгорят и все тепло улетучится.
Работает печь на реактивной тяге за счет естественного потока горячего воздуха. Чем выше температура стенок топки, тем лучше горит древесина. Это позволяет быстро нагреть воду в большой емкости, что незаменимо в дорожном походе. Если оборудовать трубу теплоизоляцией, то после прогрева можно сжигать толстые поленья.
При желании обычную конструкцию печи можно усовершенствовать. Так буржуйка теряет много тепла, но, оборудуя прибор водяным контуром или кирпичной кладкой, можно решить эти проблемы. Для всех этих манипуляций делают чертежи.
Преимущества реактивных печей:
Но такая простая и удобная конструкция имеет и значительные недостатки. Так нужно подбирать особое топливо для буржуйки. Нельзя использовать влажные дрова, иначе пиролиз не произойдет. Топка может начать обильно дымить, и все газы направятся в дом. К тому же ракетная печь требует повышенных требований к безопасности.
Самой популярной переносной моделью считается ракетная печь «Робинзон». Ее модифицировали и добавили колосниковую решетку.
Самодельные реактивные печи не используют для отопления бани. Они малоэффективные при инфракрасном свете, что играет важную роль для парной. Поверхностные конструкции имеют небольшую площадь обогрева, поэтому не могут протопить баню.
Печи длительного горения делятся на стационарные и мобильные. Мобильные печи используют в походах, пикниках, на природе для нагрева и приготовления пищи. Стационарные применяют для обогрева дома, хозяйственных построек, теплиц, гаража. При этом выделяют 4 типа конструкций.
Виды реактивных печей:
Переносная конструкция оборудована с отрезков трубы. Единственное отличие касается установленной перегородкой для зольника. Для нижней части могут использовать колосниковую решетку.
Прибор из газового баллона более трудный в постройке, но значительно увеличивает КПД. Для монтажа конструкции необходима бочка или газовый баллон. Дрова в топке сгорают из-за притока кислорода загрузкой через специальное окно.
Догорают газы в трубе, которая размещена внутри конструкции, за счет подачи вторичного воздуха. Усиливается эффект путем утепления внутренней камеры. Горячий воздух помещается в колпак, а дальше во внешнюю камеру. Через дымоход продукты горения удаляются.
Для создания тяги верх дымоотвода размещают выше загрузочного окна на 4 см.
Комбинированная модель из кирпича и металла – это стационарная конструкция. Благодаря высокой теплоемкости дровяная печь накапливает и отдает тепло в течение нескольких часов. Именно поэтому такой конструкцией отапливают жилые помещения.
Ракетный агрегат с лежанкой – это усовершенствованный прибор, который способен дольше сохранять тепло. Так как часть тепла выходит через дымоотвод, то увеличили его длину. За счет быстрого иссечения горячих газов и большего дымоотвода и решилась эта проблема.
Так получаются массивные печи с лежанкой, которые схожие на диван или кровать. Это стационарные устройства из кирпича или камня. Благодаря уникальной конструкции печь способна удерживать тепло всю ночь.
Лучше всего своими руками делать небольшие переносные конструкции: ракета «Огниво» и «Робинзон». Легко выполнить расчет, а для работы потребуется обрезки профильных труб и навыки сварки металла. Размеры могут отличаться от чертежа, это не страшно. Важно соблюдать пропорции.
Чтобы повысить интенсивность горения советуется добавить к конструкции импровизированные дюзы. Туда будет поступать вторичный воздух для дожигания.
Стационарные печи ракета делаются из газового баллона или металлической бочки. Эти элементы выполняют роль корпуса. Внутри печка оборудуется трубами меньшего размера или шамотным кирпичом. Из баллона можно сделать как стационарный агрегат, так и мобильный.
Схема печи непрерывного горения:
23.jpg)
Сделать расчет печи ракета бывает непросто, ведь точной методики не существует. Следует обращать внимание на проверенные готовые чертежи. Необходимо для конкретного помещения определять свой размер отопительного оборудования.
Строительство печи начинается с подготовительных работ. Для начала необходимо определиться с местом постройки. Его выбирают, ориентируясь на требования, которые касаются конструкций на твердом топливе: дровах или угле.
Когда с местом определились, необходимо правильно подготовить его к строительству. Деревянный пол под печкой демонтируют. Роют небольшой котлован и утрамбовывают дно.
В маленькой комнате реактивную печь размещают в углу. Загрузочный бункер занимает одну сторону, а лежак другую.
Бочку или баллон также необходимо подготовить к монтажу. Для этого с них срезают крышку и кран. Затем очищают конструкцию. Далее готовят раствор.
Этапы возведения реактивной печи с лежанкой:
Котел долгого горения можно получить, если оборудовать печь водяной рубашкой. Нагрев воды может быть недостаточно эффективным. Дело в том, что основная часть теплого воздуха попадает в комнату и тарам на варочных поверхностях. Чтобы создать ракетный котел, необходимо отказаться от возможности приготовления пищи на плите.
Материалы необходимые для оборудования печки с водяным контуром:
Характерная особенности ракетных печей с водяным контуром – изоляция вертикальной части обеспечивает сжигание пиролизных газов. При этом теплый воздух направляется в змеевик с водяным контуром и отдает тепло печке. Даже, когда все топливо прогорело, в отопительный контур все равно будет подаваться теплый воздух.
Реактивные печи лежанки широко известные в народе. Их использовала даже Корея, Китай, Англия и население Японии. Китайская печь отличалась от остальных возможностью обогревать весь пол. Но русский аналог ничем не уступает. Благодаря полезным новациям печь способна долго держать тепло.
К сожалению, у нас в стране о печи-ракете почти никто не знает. Между тем, подобная конструкция крайне полезна в ряде случаев ввиду практически полного отсутствия сажи при работе и высокой температуры горения.
Сегодня речь пойдет о том, как изготавливается печь ракета своими руками.
Горячие газы вместо дымохода попадают в специальный колпак, где они догорают (отсюда и отсутствие сажи). Температура при этом еще больше повышается, а давление, напротив, снижается. Цикл постоянно повторяется и вскоре печь выходит на режим горения с максимальной тягой (сила последней зависит от конструктивных особенностей и качества монтажа).
Температура в колпаке может достигать 1200ᵒС, вследствие чего все отходы сгорают почти без остатка, а выхлоп состоит преимущественно из углекислого газа и водяного пара.
Обратите внимание! Благодаря этому дымоход можно прокладывать под полом или через какую-нибудь нагревательную конструкцию (лежанку, например, или скамейку). Более того, горячий колпак можно использовать для нагрева воды, приготовления пищи, сушения фруктов и т. д.
К преимуществам можно отнести:
Существует несколько типов ракетных (или реактивных, как их еще называют) печей.
Обратите внимание! Ввиду сложности выполнения третьего варианта в данной статье будут рассмотрены только первые два.
В данном случае работа традиционно начинается с подготовки всего необходимого.
Для строительства потребуется:
Шаг 1. В полу вырывается котлован (по возможности) глубиной примерно в 30-50 см. Это необходимо для того, чтобы уровень горизонтального дымохода сильно не поднимался.
Шаг 2. Стальная бочка послужит колпаком для печи. Вначале бочка обжигается и очищается от сажи металлической щеткой, после чего окрашивается огнеупорной краской.
Обратите внимание! Краска наносится лишь после того, как будет установлен фланец для вывода дымохода.
Шаг 1. Готовится опалубка для будущего основания.
Шаг 2. В том месте, где будет топка, в грунт углубляются несколько кирпичей.
Шаг 3. На дно укладывается стальная арматура.
Шаг 4. Вокруг нижней точки топочной камеры по уровню укладываются кирпичи.
Шаг 5. Основание заливается бетонным раствором.
После высыхания раствора можно приступать к кладке ракетной печи.
Обратите внимание! Для этого нужно использовать только огнеупорную глину.
Шаг 1. На первом ярусе кладка поднимается вверх, остается лишь отверстие для топочной камеры.
Шаг 2. На втором уровне формируется нижний канал печи.
Шаг 3. На третьем канал перекрывается кладкой таким образом, чтобы получилось два отверстия – для топочной камеры и вертикального канала.
Обратите внимание! Кирпичи после кладки можно не отесывать – их все равно придется скрыть саманом и керамзитом.
Шаг 4. Подготовка к кладке вертикального канала. Помимо самой бочки, для этого потребуется старый водогрей примерно на 150 л.
В бочку встраивается фланец для подключения дымохода. Здесь же желательно установить тройник для чистки дымохода.
Шаг 5. Методом «сапожка» кладется восходящая часть конструкции. Внутреннее сечение этой части должно составлять примерно 18 см.
Шаг 6. На восходящую часть надевается обрезок водогрея, а пустоты между стенками заполняются перлитом. Верхняя часть перлита заделывается шамотной глиной.
Шаг 7. Основание печи обкладывается мешками, заполненными песком, основание кожуха обмазывается глиной. Пустоты между мешками и корпусом засыпаются керамзитом, после чего основание отделывается все той же глиной.
Шаг 8. Подсоединяется дымоход, на восходящую часть надевается перевернутая стальная бочка.
Шаг 9. Проводится пробный запуск печи, после чего бочка окрашивается огнестойкой краской.
Шаг 1. Дымоход обкладывается мешками с песком и засыпается керамзитом.
Шаг 2. Конструкции придается соответствующая форма с помощью шамотной глины.
Обратите внимание! Ракетная печь при работе нуждается в большом количестве кислорода, поэтому рекомендуется провести воздуховод с улицы.
Остается лишь установить старое барбекю в горловину топки и закрыть его крышкой. Швы заделываются глиной. Все, кирпичная печь-ракета готова к эксплуатации.
В данной конструкции, как и в описанной выше, принцип работы заключается в изолировании огня и направлении тепловой энергии в нужное место.
Для приготовления портативной ракетной печи потребуются:
Во втором ведре — нижней части печи ракеты прорезаем отверстие для трубы
Из проволоки сгибаем конфорку для посуды
Шаг 1. Из меньшего ведра изготавливается крышка для конструкции. Для этого в нем проделывается отверстие под дымоход (крышка при этом не снимается). «Лепестки» при этом лучше загибать внутрь – так труба будет надежнее фиксироваться.
Нижняя половина ведра срезается болгаркой.
Шаг 2. В нижней части другой емкости прорезается отверстие для подключения топливника. Жесть нарезается ножницами на «лепестки» и загибается внутрь.
Шаг 3. Прямоток собирается из трубы и пары уголков. Затем труба вставляется в ведро и соединяется там с «лепестками» с помощью стального хомута. Все, прямоток ракетной печи готов.
Шаг 4. Пространство между прямотоком и стенками ведра засыпается мелкофракционным щебнем. Последний будет выполнять в конструкции сразу две функции – термоизоляции и термоаккумуляции.
Шаг 5. Второе ведро (крышка) надевается на реактивную печь.
Шаг 6. Из стальной проволоки сгибается конфорка для посуды.
Обратите внимание! Вместо конфорки можно установить три кирпича.
Шаг 7. Остается лишь окрасить конструкцию термостойкой краской (желательно серой или черной). Для растапливания будет использоваться выходной патрубок прямотока.
Печи-ракеты, равно как и другие конструкции длительного горения, нуждаются в запуске на теплую трубу. И если для второго варианта печи это не столь важно, то для первого холодный дымоход приведет только к напрасному сожжению топлива. По этой причине конструкция нуждается в предварительном разогреве – протопке опилками, бумагой и проч.
Также стоит заметить, что реактивная печь неспособна самонастраиваться, поэтому поначалу поддувало полностью открывается, а прикрывается лишь после того, как конструкция начнет сильно гудеть. В дальнейшем доступ кислорода постепенно снижается.
Реактивная дровяная печь с лежаком
Многих, наверное, заинтересовал вопрос – можно ли использовать реактивную печь в бане? Казалось бы, можно, ведь на покрышке достаточно легко оборудовать каменку.
В действительности подобная конструкция для бани не годится. Для легкого пара вначале нужно прогреть стены, а уже потом, спустя некоторое время, воздух. Для последнего печь должна быть очагом конвекции и теплового излучения (ИК). В этом и заключается проблема – в ракетной печи конвекция четко распределена, а потери на тепловые излучения конструкцией не предусмотрены вовсе.
Как бы то ни было, а сегодня в изготовлении печей-ракет больше интуиции, чем реальных точных расчетов, следовательно, это практически безграничное поле для творчества.
Предлагаем также ознакомиться с видеоинструкцией по изготовлению ракетной печи.
