otwórz w nowym oknie



Domowe piece grzewcze.



Zamiast wstępu: trochę marudzenia.

Wydawałoby się, że budowa domowych pieców na paliwo stałe i kominków (które nie są niczym innym), ma z tematyką wymurówek ogniotrwałych wiele wspólnego - właściwie powinna się w niej zawierać. Bywa z tym jednak różnie. Patrząc wstecz, można znaleźć przyczynę takiego stanu rzeczy w ślepym trochę, wybiórczym importowaniu technik budowy z krajów dużo bardziej rozwiniętych od naszego. Niby nic w tym złego, ale tam inaczej podchodzi się do nabytku, jakim jest dom czy mieszkanie. U nas budowało się i buduje na pokolenia, tam na czas mieszkania w określonym miejscu, a to sięga kilku do kilkunastu lat. Żadna jednak rodowa rezydencja, którą, w pewnej mikroskali i na miarę naszych przeciętnie skromnych możliwości, jest prawie każde domostwo w Polsce, nie jest wyposażane w piece atrapy. Atrapy, bo przecież kominek składający się z wkładu i obudowy prawdziwy piec próbuje udawać, a raczej ukryć przed wzrokiem puste wnętrze. Jest drugi, przeciwległy biegun działu budownictwa pieców domowych: tradycyjne zduństwo. Rozeszły się kiedyś drogi technik budowy pieców domowych i przemysłowych, a mogły by się znów zbiec, z dużą korzyścią dla zduństwa właśnie. Także przemysł materiałów ogniotrwałych i usług wykonawczych mógłby swoją ofertę dostosować i powiększyć. Chodzi o zastosowanie współczesnych technik budowy, wiedzy i bazy materiałowej, a także wiedzy konstrukcyjnej, w tym także ogólnej znajomości praw fizycznych, tych związanych z ciepłem w szczególności. Postaram się tutaj zamieścić trochę przemyśleń na ten temat, przemyśleń i gotowych rozwiązań pochodzących i wynikłych z doświadczeń w projektowaniu przemysłowych urządzeń cieplnych.

Założenia konstrukcyjne.

Od czegoś trzeba zacząć planowanie całej konstrukcji. Jeżeli zależy nam na optymalnej wydajności pieca, trzeba zastanowić się najpierw do czego ma on służyć. Pytanie jest tylko z pozoru banalne, bo przecież: do grzania. Często spotyka się wygłaszane założenie, że tylko do okazyjnego rozpalania - można i tak, ale może to wynikać z trudności ze spotkaniem dobrej konstrukcji, która nie staje się meblem po pierwszej próbie ogniowej.
Na razie skupmy się na typowym kominku, czyli piecu na drewno z widokiem ognia. O węglu ewentualnie może później - to sprawa doboru materiałów właśnie. Drewno jest paliwem dość łagodnie obchodzącym się z paleniskiem.
Ile ciepła chcemy uzyskać?
Najczęściej znamy zapotrzebowanie swojego domu, jeżeli chodzi o ciepło. Jest to energia wyrażona w odpowiednich jednostkach, czyli kJ (kilodżulach = 1000 J) lub kWh (kilowatogodzinach) na dobę. Są to jednostki tej samej wielkości fizycznej; można je stosować zamiennie, gdzie 1kWh = 3600 kJ. Zapotrzebowanie domu na ciepło to suma strat na drodze przewodzenia ścian zewnętrznych i ciepła unoszonego przez powietrze wyrzucane przez wentylację. Trzeba tu pamiętać, że znane nam zapotrzebowanie na ciepło to tylko pokrywanie strat budynku, który nie jest wychłodzony, to znaczy, że normalna kampania grzewcza rozpoczęła się w momencie, gdy na zewnątrz zaczęło się ochładzać - najczęściej jesienią. Ważący niejednokrotnie setki ton budynek wraz ze znajdującym się pod nim gruntem, który chcemy zacząć ogrzewać w połowie zimy, najczęściej skutecznie ogrzać już się nie da. Jego masa akumulacyjna musi być wstępnie naładowana przez słońce latem. Obliczone zapotrzebowanie na ciepło jest też wartością maksymalną - przy założonej minimalnej temperaturze na zewnątrz. Można z grubsza założyć, że straty są proporcjonalne do różnicy temperatur powietrza wewnątrz i na zewnątrz budynku, zatem najczęściej średnio potrzebna moc będzie dwukrotnie niższa, ale chwilami może być też i wyższa od wyjściowej. Najlepiej więc przyjąć tę podaną w dokumentacji budynku i zabezpieczyć sobie rezerwową możliwość dogrzania. Okresy dużych spadków temperatury i silnych wiatrów najczęściej nie są w naszym klimacie dłuższe niż 2-3 tygodnie, a najbardziej odpowiedni do naszego klimatu ciężki, dobrze izolowany dom o dużej bezwładności cieplnej, nie powinien w tym czasie sprawić nam niemiłej niespodzianki.
Teraz do rzeczy. Znając ilość energii, której potrzebuje nasze gniazdo, można obliczyć ilość opału, który na ciepło trzeba zamienić. Tutaj potrzebna jest znajomość wartości opałowej drewna, jeżeli już tego paliwa się trzymać. Jak podają źródła, 1 kg drewna liściastego to około 4,1 kWh ciepła. Jest to wartość nieuwzględniająca sprawności oraz zakładająca odpowiedni poziom wilgotności, czyli czasu suszenia na wolnym powietrzu. Przy założeniu sprawności dobrego pieca na poziomie 80%, pozostaje nam do dyspozycji około 3,3 kWh z kilograma drewna. Dla prostego rachunku, jeżeli chcielibyśmy na przykład uzyskać dziennie 33 kWh ciepła, musimy spalić odpowiednio 10 kg drewna. Trzeba więc skonstruować piec, który nam to umożliwi. Umożliwi, to znaczy, że taka ilość drewna zmieści się w nim w jednym załadunku i da się ją efektywnie spalić. Dlaczego tak? - Najczęściej nie mamy ochoty rozpalać dwukrotnie w ciągu dnia, a dokładanie świeżej porcji drewna na rozgrzany żar najczęściej zaburza proces spalania, powoduje dymienie i nieekonomiczne spalanie (może z wyjątkiem pieców dolnopalnych). Konstrukcja pieca musi także umożliwić efektywne przekazanie ciepła budynkowi. Wytworzenie energii to jeszcze nie wszystko - musi być możliwość jego „skonsumowania”. Budynek najczęściej nie jest w stanie przejąć zbyt dużej mocy w krótkim czasie. Złe parametry pieca objawią się chwilowym przegrzaniem i dużymi stratami przez wentylację. Powietrze musi mieć czas na rozprowadzenie ciepła i przekazanie go ścianom i sprzętom w domu. No i oczywiście mieszkańcom (o mało bym nie zapomniał).
Tutaj można zamieścić już krótkie podsumowanie: nie grzeje nas w żadnym wypadku zapis na tabliczce znamionowej zakupionego urządzenia, mówiący o nominalnej mocy, to kwestia ilości efektywnie spalonego opału. Nasze urządzenie ma nam to umożliwić, a szyty na miarę jest najlepszy nie tylko ciuch. Nie znaczy to, że tabliczki znamionowe nie są ważne - są. Tekst nie ma w założeniu szerzenia anarchii.

Rozwiązania konstrukcyjne.

Często widać próby ubrania jednego urządzenia czy środka w kilka funkcji. Czasem się tak da, czasem może być to niemożliwe, chociaż materiały reklamowe twierdzą inaczej. Każdy z nas wie, że życie trochę różni się od obrazu pokazanego w reklamie.
Jest taka anegdota, co to czegoś się nie dało zrobić i wszyscy douczeni o tym wiedzieli, a przyszedł w końcu jeden niedouczony i zrobił. Jeżeli ma się pewne doświadczenie praktyczne w konstruowaniu wyłożeń ogniotrwałych wysokoobciążonych urządzeń, a szczególnie jeżeli to praktyczne doświadczenie obejmuje także obserwowanie efektów doboru materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych, patrząc na dominujące na rynku rozwiązania techniczne, pierwsze odczucie jest takie, że to nie ma prawa pracować. Jak wiadomo, pracuje jednak. Pozostaje jednak pytanie: jak długo i jak efektywnie?
Natura spalania drewna jest taka, że nie można za bardzo w sam proces ingerować. Ingerować w sensie, że istnieją właściwie jedyne optymalne warunki, w których otrzymamy maksimum tego, co można otrzymać. A chcemy otrzymać dopalenie wszystkich składników, które nie zawsze mają ochotę, aby nam w tym pomóc. Nie chcemy obserwować w spalinach żadnych węglowodorów i sadzy. Jest pewnie wiele dróg uzyskania dobrego spalania, ale jedno nasuwa się tu samo: palenisko z ceramicznych materiałów ogniotrwałych. Gotowe rozwiązania pojawią się pewnie w ofercie, a tutaj chciałbym jedynie umieścić kilka wskazówek konstrukcyjnych.
Poszczególne elementy paleniska pracują w bardzo różnych warunkach i nagrzewają się do bardzo różnych temperatur. Najbardziej narażone na ogień i uszkodzenia mechaniczne wnętrze pieca powinno stanowić osobną, wymienną i oddylatowaną od reszty część. Tutaj stosujemy średniej jakości materiał lub materiał wysokiej jakości, jeżeli liczymy na jego dłuższą żywotność. To może być jednak nieopłacalne, bo jest to miejsce narażone na urazy mechaniczne i materiał może nie zdążyć się wykazać. Można oczywiście znaleźć wśród specjalistycznych materiałów ogniotrwałych i takie o zwiększonej wytrzymałości na udary ().
Pomiędzy warstwą wewnętrzną a korpusem powinna znajdować się jeszcze dodatkowa, pośrednia, warstwa, zwana czasem "futrówką". Oddziela ona gorącą warstwę od korpusu i stanowi zabezpieczenie w przypadku uszkodzenia płyt wewnętrznych. Taką samą konstrukcję przekroju powinno mieć dno.
Komora spalania musi być oczywiście zamknięta od góry sklepieniem. Ten element wykonuje się najczęściej jako monolityczny, a więc tu mamy typowe zastosowanie dla betonów ogniotrwałych (więcej). Sklepienie powinno być również osobnym elementem, niezwiązanym sztywno z paleniskiem. Jeżeli konstruktor przewidzi obecność deflektora spalin, ten także może, a właściwie powinien być wykonany z dobrego jakościowo betonu ogniotrwałego. Deflektor jako jeden z najbardziej nagrzanych elementów może pełnić rolę powierzchni dopalającej spaliny w tym celu pokryty warstwą katalityczną (). Udało nam się dopiero spalić drewno, uzyskać nieco energii promienistej za pośrednictwem okna paleniska, no i, przede wszystkim, dziesiątki metrów sześciennych gorących spalin. Te niosą ze sobą gros energii wytworzonej podczas spalania. Potrzebny jest więc układ przekazujący ciepło ze spalin domowi, zwany najczęściej, choć nieprecyzyjnie, wymiennikiem.
Palenisko zbudowane z ceramicznych materiałów ogniotrwałych nazywa się zwyczajowo "ceramicznym", chociaż termin "piec ceramiczny" zarezerwowany jest dla urządzeń służących do produkcji ceramiki czyli pieców do wypału tejże. Można się jednak umówić, że tutaj określać on będzie właśnie palenisko "ceglane". Przy okazji, wracając do marudzenia, znów można powiedzieć, że dziś taki piec trzeba określać jakimiś dodatkowymi epitetami, bo bez nich raczej na myśl przychodzi nam skojarzenie bardziej z płytami kartonowo-gipsowymi niż z cegłą i zaprawą.
W związku z przekazywaniem ciepła, można też wymienić dodatkową zaletę takiego paleniska. Może ono pracować na nadmiarze powietrza bliskim optymalnemu. We wkładach metalowych większość zasysanego do spalania powietrza wcale w procesie nie uczestniczy. Ma za zadanie schłodzić konstrukcję, która ogniotrwała bynajmniej nie jest. Temperatury spalania drewna przy idealnym nadmiarze powietrza przekraczają temperatury topnienia stali, tym bardziej żeliwa, tym bardziej temperaturę ich destrukcji. Jak to się ma do wymiany ciepła? - Ma z tym ścisły związek.
Przy dużym nadmiarze powietrza, właściwie należałoby powiedzieć - przeciągu, otrzymujemy bardzo duże ilości stosunkowo chłodnych spalin. Czasem jest to marketingowo wykorzystywane poprzez sugerowanie, że jest to wynik wysokiej sprawności. Temperatura nie jest jednak równoznaczna z energią. Spaliny takie składają się po prostu głównie z powietrza, które rozrzedza i schładza produkty spalania. Nie jest problemem to, że jest ich dużo. Gorzej, że ich temperatura jest niska, co powoduje konieczność zwiększania powierzchni przejmującej ciepło. Jak wiadomo ilość ciepła przepływająca przez ścianę wymiennika, przy tych samych innych warunkach fizycznych, zależy wprost od różnicy temperatur (więcej). W pewnym zakresie temperatur budowanie wymiennika w ogóle traci sens i większość ciepła wytworzonego przy spalaniu, choć w postaci niskotemperaturowej, ucieka kominem. Ma bezużyteczną postać. Stosowanie pewnych rozwiązań dostępnych na rynku nie ma za bardzo sensu (przykład). c.d.n.

reframat.pl



Tematy powiązane:
Dobór materiałów >>
Akumulacja ciepła >>
Zasady budowy wymurówek ogniotrwałych >>


Pytanie?

Powrót do strony głównej