Приложение. Понятия и определения, касающиеся конструкций очагов и особенностей их эксплуатации [1987 Мякеля К.

Топка представляет собой конструкцию, закрытую по крайней мере с нескольких сторон и предназначенную для сжигания топлива с целью высвобождения его теплосодержания.

Рис. 114. Общий вид и поперечный разрез 'современной' дымовой печи-каменки

Очаг (очаговое устройство) содержит в себе топку - конструктивную часть, утилизирующую тепло, выделяющееся при горении топлива.

115. Общий вид и поперечный разрез печи-каменки в виде бочки, разработанной фирмой 'Эконо' в конце 1940-х годов

Подина представляет собой ту часть топки, на которой размещено горящее твердое топливо. В зависимости от конструкционного материала подины могут быть кирпичными, керамическими, чугунными, стальными, песчаными и т. д. В зависимости от конструкции подины подразделяются на сплошные, например, подина хлебной печи, и на подины с отверстиями, например, колосниковая решетка (рис. 120). Как правило, подина очага располагается горизонтально, однако существуют также наклонные и даже вертикальные подины. В больших топочных устройствах промышленного назначения встречается много специальных подин, предназначенных, например, для твердого гранулообразного топлива, транспортерные ленточные подины, колосниковые решетки и т. д.

116. Печь-каменка с нижним горением, разработанная на стыке 1940-х и 1950-х годов в Государственном техническом научно-исследовательском институте 'VTT'

Огневой дымоход (иногда также огнепровод) представляет собой ту часть отапливаемых дровами вертикальных печей, которая предназначена для сжигания газов, выделяющихся при горении древесины.

Рис. 117. Современная печь-каменка в виде бочки, выпускаемая фирмой 'Реунанен и Ровчолан Айтокиуас'

Дымоход (ранее также дымоходная труба или дымовод) представляет собой пространство со стенками (СПСФ, ЕЗ). предназначенное для отвода дыма, образующегося в топке. Поперечное сечение дымохода, как правило, имеет круглую или прямоугольную форму (с отношением сторон, равным или менее 2).

Рис. 118. Печь для бани марки 'Кастор-саунаууни', изготовленная фирмой 'Кастор' в середине 1930-х годов; это отопительное устройство является 'прадедом' печей-каменок с непрерывным протапливанием

Дымовой канал (иногда также дымовод) представляет собой, как правило, прямоугольное в сечении пространство (с отношением сторон больше 2), относящееся к очагу и предназначенное иногда даже для управления пламенем В некоторых очагах, например, в вертикальных печах, такой дымовой канал получил название бокового канала.

Рис. 119. На рынках сбыта имеется широкий выбор различных печей-каменок с непрерывным протапливанием, которые по своей конструкции и эксплуатационным характеристикам незначительно отличаются друг от друга. Печь-каменка фирмы 'Орима'

Дымовая труба - вертикальная или почти вертикальная строительная конструкция. образующаяся из одного или нескольких дымоходов и зачастую включающая также один или несколько воздуховодов. Часть дымовой трубы, остающаяся под крышей, называется системой дымоходов.

Рис. 120. Общий вид и поперечный разрез современных стальных водогрейных котлов объемом 50-100 л, обеспечивающих быстрый нагрев воды при использовании небольшого количества дров. Стальной котел производительностью 50 л горячей воды, выпускаемый фирмой 'Миса': 1 - крышка алюминиевая; 2 - верхняя облицовка из нержавеющей стали; 3 - котел из нержавеющей стали; 4 - канал дли горячего воздуха; 5 - защитная оболочка. 6 - наружная оболочка эмалированная; 7 - воздушная решетка. 8 люк для удалення золы; 9 - топка, 10 - уплотнитель, 11 - колосниковая решетка; 12 - пластина для управления пламенем; 13 - дымовой канал

Соединительный дымоход - это часть очага, при помощи которой обеспечивается соединение очага с дымоходом или подсоединительным дымоходом. (На соединительные дымоходы распространяются действующие для очагов правила, инструкции и, в частности требования по безопасным расстояниям.)

Рис. 121. Чугунная колосниковая решетка

Подсоединительный (стыковочный) дымоход как строительная конструкция представляет собой отдельный конструктивный элемент между очагом или его соединительным дымоходом, с одной стороны. и дымовой трубой - с другой стороны; этот конструктивный элемент не относится непосредственно к дымовой трубе.

Рис. 122. Принцип обратного горения (обозначения P и S те же, что и на рис. 65)

Первичный и вторичный воздух связан с процессом горения древесины, и эти термины рассмотрены в разд. 8.2. Древесина представляет собой смесь газообразного (около 85-90%) и твердого (около 10-15%) веществ, поэтому для горения древесины требуется воздух двух видов. Первичный воздух расходуется при горении твердого вещества на колосниковой решетке, и этот воздух подается в топку, как правило, через отверстия дырчатой колосниковой решетки из-под слоя топлива. Вторичный воздух необходим для сжигания газов, выделяющихся при горении твердого вещества и находящихся перед сжиганием над твердым топливом. Расход вторичного воздуха примерно в два раза больше, чем расход первичного воздуха.

Рис. 123. Энергия, или теплосодержание (кВт•ч) - понятия, связанные с определением количества дров. Мощность (кВт), в свою очередь, связана со скоростью горения дров

Принцип непрерывного сжигания обозначает способы сжигание топлива, когда добавка топлива не оказывает сколько-нибудь существенного влияния непосредственно на процесс горения. При очагах, эксплуатируемых по этому принципу. зачастую оборудован склад топлива. позволяющий обеспечивать непрерывное и равномерное его использование.

Рис. 124. С процессами горения древесины, аккумулирования освободившегося при этом тепла и теплопередачи связано много различных потерь, которые отрицательно влияют до полный КПД отопления. Если величина КПД горения составляет 90% и потери на дымовые газы 20%, то полный КПД данного очага составит 72%. Если к очагу подключена дополнительная система отопления, в которой теплопотери составляют 8%, то полный КПД отопления при использовании данного очага уменьшится до 66%, т. е. из 3 м³ дров только 2 м³ расходуются непосредственно на отопление дома: 1 - полный коэффициент полезного действия 66%

Принцип сжигания одноразовой выкладки топлива обозначает такие способы сжигания топлива, когда добавка топлива в действующую топку создает столь существенные нарушения процесса горения, что для достижения достаточно приемлемого КПД в таких отопительных устройствах каждый раз приходилось бы сжигать только одноразовую выкладку топлива в топку.

Принцип верхнего горения (см. рис. 65) является наиболее общим и типичным примером практического применения принципа сжигания одноразовой выкладки топлива в топке. Горение по этому принципу происходит главным образом над выкладкой топлива. Благодаря простой конструкции и с учетом обеспеченности Финляндии дешевой древесиной принцип верхнего горения применяется также в очагах, эксплуатация которых по обычной схеме предусматривала бы использование непрерывного горения. Понятие этого термина в известной мере затуманили представители бизнеса, передавшие на рынки сбыта очаги "непрерывного протапливания", но работающие на принципе верхнего горения.

Принцип нижнего горения (см. рис. 66) представляет собой наиболее общий из практических приложений принципа непрерывного горения. Наиболее типичными очагами, действующими по принципу нижнего горения, являются котлы центрального отопления, хотя этот принцип можно применить и в других целях.

Принцип обратного горения (рис. 121) служит вторым примером практического приложения принципа непрерывного сжигания (топлива). Как правило, он применяется только в больших котельных промышленного значения, однако можно встретить и более мелкие установки такого же назначения.

Принцип противотока связан с теплоотдачей очага. Как только языки пламени и тепло в огневых дымоходах поднимаются до потолка очага, обеспечивается принудительная подача горячих дымовых газов, как правило, по дымовым каналам (боковым), имеющимся сбоку очага, в нижнюю часть очага, где находится соединительный дымоход. С наружной стороны очага воздух, в свою очередь, поднимается вверх. Таким образом, дымовые газы и подогреваемый воздух движутся в противоположных направлениях, откуда происходит название принципа противотока.

Энергия в учебниках по физике определяется как способность выполнять работу. Если какая-то система, тело, устройство и т. п. обладают энергией, то это означает, что они обладают способностью выполнять работу. Такая способность может выражаться в различных формах, и поэтому говорят, в частности, о потенциальной энергии, кинетической, ядерной и т. д. В связи с упоминанием топлива, например древесины, говорят об энергосодержании или теплосодержании древесины, что означает максимальное количество содержащейся в нем химической энергии, которую теоретически можно выделить из топлива при его сжигании.

Таблица 2. Величина КПД различных очагов

Общепринято за единицу измерения энергии считать киловатт-час (кВт•ч). и эта единица измерения всем известна по показаниям электросчетчиков. Второй широко применяемой единицей измерения является мегаджоуль (МДж). Ранее распространенная в практике единица измерения килокалория (ккал) в настоящее время устранена и не используется. Соотношения между вышеперечисленными единицами измерения следующие:

Мощность в учебниках по физике определяется работой, выполненной за единицу времени. Чем быстрее выполняется работа при освобождении энергии тем больше мощность и тем более эффективной будет работа. Чем быстрее дрова сгорают в топке, тем больше мощность очага.

Мощность, как правило, измеряется в киловаттах (кВт), Ранее использовался также термин лошадиная сила (л.с.). Зависимость между этими величинами следующая: 1 кВт = 1,85 л.с.; 1 л.с. = 0.74 кВт

Многие часто путают понятия "энергия" и "мощность" и особенно единицы измерения этих величин-кВт•ч и кВт. Применительно к очагам энергосодержание, или теплосодержание (кВт•ч), является понятием, связанным с количеством дров, а мощность (кВт) является понятием, связанным с размерами пламени и скоростью горения древесины.

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется отношением количества освободившейся энергии к количеству использованной на практике освободившейся энергии. Величина КПД измеряется в процентах (%). Например, КПД горения характеризует, какую часть (в %) из всего энергосодержания древесины можно преобразовать в тепло при сжигании древесины. Какая-то часть древесины всегда остается недогоревшей в виде углей, летучей золы, негорючих газов и т. д. С величиной КПД связано также понятие "потери". Например, если потери дымовых газов очага (т. е. количество энергии, теряемой вместе с дымовыми газами) составляют 20%, то КПД очага может достигать не более 80%. Полный КПД очага складывается из двух величин: из КПД горения и потерь дымовых газов.

Например, если КПД горения равен 90% и потери дымовых газов составляют 20%, то полный КПД этого очага будет равен: 0,9(1-0,2)=72%. Величины различных очагов показаны в табл. 2.

Если в пределах одной квартиры вынуждены осуществлять передачу вырабатываемого очагом тепла, то часто говорят также о потерях на теплопередачу. Например, если очаг (обладающий КПД 72%) подсоединен к сети батарейного отопления, в которой потери на теплопередачу составляют 8%, то КПД всей отопительной сети составит 0,72(1-0,08)=66%.

При использовании полного КПД относительной системы можно рассчитать фактически необходимое количество топлива для отопления всего здания. Например, если для отопления жилого дома годовая потребность в энергии составляет 12 000 кВт•ч и полный КПД отопительной системы принять за 66%, то фактическую потребность топлива можно легко вычислить: 12 000/0,66=18 000 кВт•ч. При энергосодержании 1 кг древесины около 4 кВт•ч (см. разд. 8.1) годовой расход, например, дров составит 18 000/4 кг=4500 кг, т. е. около 8-10 м³ дров.