В любом очаге, выходящие из топки горячие газы, при движении внутри него, отдают своё тепло стенкам и, после этого, охлаждённые, отводятся в дымовую трубу.
Что вкладывается здесь в понятие очаг. Очаг содержит в себе топку, где происходит процесс сжигания топлива и конвективную систему, для использования теплоты, выделившейся, при сгорании топлива.
Это может быть печь любого функционального назначения (отопительная, отопительно-варочная, русская, банная и т. п.), печь с камином, отопительный котёл.
При нагревании или горении древесины, часть её вещества испаряется, а часть – остаётся на подине очага.
Количество испаряющихся из древесины, например, берёзы, веществ, достигает 88%, а количество твёрдого вещества составляет, всего лишь, 12%.
Большая часть испаряющихся веществ – горючие, поэтому, для эффективного использования энергосодержания древесины, предусматривается сжигание также и этих газов.
Наиболее общая ошибка при, проектировании очагов, заключается в том, что забывают о существовании газообразной топливной части древесины.
Энергосодержание или теплосодержание древесины, это максимальное количество содержащейся в ней химической энергии, которую теоретически можно выделить из топлива, при его сжигании.
Руководствуясь этим, определим следующую концепцию. Чтобы получить хороший очаг необходимо сделать следующее:
– обеспечить наилучшие условия полного протекания реакции горения, то есть, получить максимальное, полезное количество теплоты от количества теплоты заключённом в топливе;
– организовать естественное движение горячих и холодных газов, разделить поток проходящего через очаг газа, горячие газы направить на аккумуляцию тепла, а холодные удалять;
– выполнить конструктивную часть конвективной системы очага, в соответствии с необходимыми функциональными требованиями;
· чтобы снизить потери тепла от дымовых газов;
· чтобы обеспечить оптимальное нагревание всех частей очага;
· чтобы большую часть из всего энергосодержания древесины можно было преобразовать в полезное тепло, то есть, добиться наивысшего КПД.
q Возможность использования электроэнергии в качестве резервного топлива.
Или проще, суть концепции:
получить из топлива максимальное количество тепла, при его сжигании;
полученную теплоту, в максимальном объёме, аккумулировать в очаге;
конструкция очага должна отвечать функциональным требованиям и обеспечивать оптимальную теплоотдачу.
Лучше всего этим условиям удовлетворяет теория конструирования печей, разработанная И. С. Подгородниковым.
Наилучшие условия протекания реакции горения, а также, организация движения остывающих газов внутри очага, решается на принципе естественного (вольного) движения газов.
Температура отработавших в колпаках дымовых газов, направляемых в трубу, небольшая (около 120°С), что обусловливает высокие теплотехнические качества колпаковых конструкций.
КПД бесканальных конвективных систем – 93,7% (не путать с КПД печей).
Основы правильной конструкции бытовых печей разработаны И. С. Подгородниковым, на основе гидравлической теории печей, русского учёного-металлурга проф. В. Е. Грум-Гржимайло.
Для лучшего понимания вопроса приведём эти основы.
Положения гидравлической теории печей, в применении к бытовым печам, полностью сохранили своё значение. Основная идея, лежащая в основе этой теории – элементарно проста.
Струйка горячего газа, в окружении холодного, всплывает вверх, как более лёгкая, струйка холодного газа в окружении горячего, как более тяжёлая, опускается вниз.
В. Е. Грум-Гржимайло рекомендует, при проектировании печи, в каждой её части задавать такое направление движению газов, которое отвечало бы их естественному стремлению: струю горячего газа, в окружении холодного, следует направлять вверх, струйки охлаждающегося газа – вниз.
В печах с «оборотами», это не соблюдается: охлаждающиеся газы идут попеременно то вверх, то вниз.
Горячие газы, поступающие из топки в объём печи, собираются, как наиболее лёгкие, под сводом, образуя там, по выражению В. Е. Грум-Гржимайло, «мешок горячих газов».
Холодные газы, как наиболее тяжёлые стекают в нижнюю часть печи и, если их оттуда не убирать, образуют там «мешок холодных газов».
Поэтому, отвод газов из печи всегда следует делать снизу, где собираются наиболее охлаждённые газы.
Печи, построенные с использованием этого принципа, не нуждаются в «оборотах»: движение газов в них совершается за счёт естественных сил природы.
Такие печи построены на принципе естественного («вольного», по выражению М. В. Ломоносова) движения газов.