Что такое КПД печи?
КПД – коэффициент полезного действия. В физике таким термином называют отношение реальной энергии источника тепла (печи) к максимальному показателю энергии сжигаемого топлива. Именно такой показатель указывают в техническом паспорте готового отопительного устройства. Но важно понимать, что указанная там цифра будет не соответствовать реальной по нескольким причинам.
Свернуть Содержание:
- Что влияет на КПД?
- Способы повышения КПД
- Монтаж стальной трубы в поддувало
- Встроить в дымоход стальную трубу
- Дополнительный отбор тепла от плиты
- Вывод
Конечно, многое зависит от конструкции отопительной системы (об этом будет подробнее рассказано в следующей главе). Но есть еще внешние факторы:
- Большое значение играет качество используемого топлива. КПД дровяной печи упадет в 3 раза, если топить сырым материалом.
- КПД зависит от полноты прогорания топлива, на это влияет не только его качество, но и влажность воздуха, температура помещения, атмосферное давление.
- Режим эксплуатации. Если человек постоянно держит дверцу топки открытой, о высоком КПД придется только мечтать.
Становится очевидным, что коэффициент полезного действия – показатель не строго фиксированный. Его можно уменьшить при некорректном пользовании печи, а можно усовершенствовать конструкцию, существенно увеличив параметр КПД.
Что влияет на КПД?
Какое бы не было устройство дровяной печи, но передаваемое ей тепло никогда не будет равным тому, что получается в самом ее «сердце», где сгорает топливо. Причина в том, что часть энергии уходит через негерметично закрытые заслонки, фундамент, поддувало. Помимо этого на КПД влияют конструктивные особенности печей:
- Материал основы дровяной печи. К примеру, чугунные конструкции долго сохраняет тепло, повышая коэффициент полезного действия. КПД кирпичной печи больше, но вот удерживать его на стабильно высоком уровне сложно. Печи из легированной стали имеют маленький КПД, поэтому часто используется в сочетании с шамотом.
- Высота, поперечное сечение дымовыводящей трубы. Они определяют тягу дровяной печи. Причем снижение КПД произойдет и при слабой, и при избыточной тяге.
- Вид топки. Открытые камины – это самый невыгодный в плане КПД вариант, так как показатель сложно поднять выше 25%. Закрывая огонь (например, огнеупорным стеклом) при аналогичных параметрах печи с открытым типом топки КПД повышается в 2-3 раза.
- Печь с высоким КПД получится при наличии дожига дымовых газов, теплоемкой облицовки (лучше всего подходит талькомагнезит), подключение 2 и более контуров водяного отопления.
Имеет значение и устройство горения – продолжительного, попеременного или минимального. Повышенный КПД достигается в конструкциях длительного горения (которые разрешается топить более 5 часов). Если разрешается разжигать дровяную печку на 2-3 часа, то не стоит ожидать высоких показателях прогрева помещения при экономии топлива.
Выбор печи
Центральное отопление, тем более для отдельного дома, — это сегодня довольно-таки дорогое удовольствие, которое еще и подается с перебоями. Поэтому многие покупают готовые печи, стараясь выбрать модели, совмещающие в себе и отличные эксплуатационные характеристики, и приемлемую стоимость, и, разумеется, высокий кпд. Однако работающие на твердых видах топлива печи считаются менее эффективными, чем газовые, поскольку у них низкий коэффициент полезного действия. При имеющихся в настоящее время ценах на уголь, торф, мазут или дрова затраты на отопление здания будут высоки, даже выше, чем на услуги центрального отопления – если не позаботиться о том, чтобы приобрести или построить печь с высоким кпд.
Какие модели печей нужно рассматривать при выборе? Если финансовая сторона вопроса является определяющей для выбора, то взглянем на отечественные модели, так как зарубежные аналоги имеют более высокую цену, используя тот же принцип сжигания топлива. Это будут отопительные печи типа «Профессор Бутаков», «Теплодар», «Варвара», «Термофор» и подобные.
Печь «Профессор Бутаков»
Эти модели отличаются высоким кпд, поскольку в них максимально снижены теплопотери с дымом, отрегулирована равномерность процесса горения, практически отсутствует недожиг закладки и СО.
На конструкцию именно таких печей нужно ориентироваться, если вы планируете спроектировать и выложить печь самостоятельно. В любом случае без готового проекта не обойтись, нужно будет использовать не только кирпич для возведения печи, но и листовую сталь, желательно толщиной не менее 4 мм – так зачем изобретать велосипед, если его уже скоро перестанут выпускать?
Способы повышения КПД
В проектах и схемах готовых печей не предусматриваются режимы с переменой КПД. Все зависит от правильной эксплуатации, а также возможностей самостоятельно модернизировать конструкцию. Существует три простых способов увеличения коэффициента полезного действия дровяных печей: монтаж стальной трубы в поддувало, металического прута в дымоход или перевод тепла от плитки по вытяжке обратно в комнату. Дальше рассмотрены каждый из методов улучшения показателей КПД.
Кстати, их резрешается комбинировать друг с другом, тогда показатели коэффициента полезного действия печки вырастут еще больше.
Монтаж стальной трубы в поддувало
Если дровяная печка является единственным способом обогрева помещения, то первые 40 минут после розжига температура воздуха в комнате будет продолжать снижать. Причем такое снижение будет более интенсивным, чем после выключения печи. Причина в открытой вьюшке, через который в дымоотводные каналы засасывается разряженный теплый воздух помещения.
По мере разогрева печки воздух через вьюшку будет поступать в том же количестве, но из-за достаточно прогретых стенок печи отдача теплоты начнет преобладать. Но можно ли этот этап ускорить и повысить тем самым КПД на 10-15%? Можно – для этого при кладке в поддувало устанавливают стальную трубу с заслонкой. В результате при открытии вьюшки туда всасывается гораздо меньше теплого воздуха (он будет вытягиваться не из помещения, а из-под пола).
Важно помнить: у описанного способа повышения КПД печи на дровах есть недостаток – дымоход втягивает воздух из-под пола, поэтому он будет быстро остывать. Ходить по промерзшему полу неприятно. Чтобы это исправить, можно закрепить на конце стальной трубы резиновый удлинитель с диаметром 50 миллиметров, потом вывести его за стену дома (тогда поддувало будет тянуть уличный воздух).
Встроить в дымоход стальную трубу
Известный факт: через дымоход выводится очень горячий воздух. Причем чем дольше будет топиться печка, тем меньший отбор тепла будет производить кирпичная кладка дымохода и тем более горячим будет испаряемый дым. Следовательно, из-за интенсивной работы печи КПД будет снижаться. В народе придумали хитрость, помогающую использовать нагретый воздух дымохода в свою пользу, не дать коэффициенту полезного действия сокращаться (в готовых проектах такая доработка нигде не встречается).
Суть модернизации дровяной печи в следующем:
- Берется круглая металлическая труба диаметром 20-30 см.
- Труба вставляется в колено дымохода под небольшим углом.
- Если печка большая и в ней несколько колен дымоотводящего канала, можно вставить 3-4 металлические трубы.
- Теплопроводные свойства металла обеспечивают отбора тепла из дымохода. Это тепло не уходит на улицу, а возвращаться обратно в помещение.
В результате из-за такой нехитрой доработки получается печь с высоким КПД (коэффициент полезного действия увеличится на 15-20%). Прогрев помещения ускорится в 2 раза, а расход топлива, наоборот, сократится.
Единственная трудность: доработку печи самодельным и простым теплообменником можно проводить только на момент кладки дымохода. Если надо усовершенствовать КПД уже установленной печи, дымоход придется разбирать, потом собирать заново.
Дополнительный отбор тепла от плиты
Тепло испускаемого варочной поверхности плиты можно перенаправить обратно в помещение, тем самым повысить скорость прогрева дома. Такой процесс называется рециркуляцией. В результате уменьшится расход топлива, увеличится КПД.
Делается такая простая модернизация следующим образом:
- Над печной поверхностью делается вытяжка из нержавейки (не вплотную, чтобы не получить перегрева).
- К вытяжке подводится быстро нагреваемая труба (сечение 8-10 сантиметров). К примеру, материалом для нее может служить оцинкованная сталь.
- Металлическая основа трубчатого отвода должна быть длиной не меньше 1 метра. Дальше ее разрешено скреплять с трубами ПВХ.
- Трубу стоит протянуть под потолком и вывести к самой холодной части комнаты. Рекомендуется дополнить конструкцию небольшими вентиляторами (достаточно устройства с мощностью 13 ватт).
Вытяжка на плитой
Очевидных минусов у описанного способа увеличения КПД нет. Единственное неудобство: при выключении плиты, установленная трубка перестанет проводить тепло и показатели вернутся к первоначальным.
Как вариант: в вытяжку можно поставить фильтры (антижировой и угольный). Тогда воздух от плиты будет очищаться от запахов готовящейся на плите еды (получится простой вариант кондиционера, только без вывода теплого воздуха по вентиляционной шахте за пределы дома).
Формула КПД русской печи на дровах
Материалом для этой статьи стала книга 1934 года написанная инженером В.П. Протопоповым. Материал изложен дословно.
Как бы не была хорошо устроена русская печь на дровах, её топливник и дымообороты — она не даст высокого КПД, если тепло развивающееся при сгорании топлива не будет сохраняться в самой массе печи и передаваться отапливаемому помещению.
Если по прекращении топки воздух будет протекать через печь, а не передаваться помещению, то тепло будет уноситься в трубу. Такое явление недопустимо: после прекращения горения дров ток воздуха через печь должен быть совершенно прекращен. Для этой цели в начале дымохода вмазывалось вьюшку или задвижку. Иногда ограничиваются установкой герметичных топочных и поддувальных дверец.
Таким образом, через внешнюю теплоотдающую поверхность нагрева русской печи передается помещению не все тепло, аккумулированное печью во время топки. Часть его бесполезно теряется через трубу по окончании топки.
Отношение количества тепла, от внешней теплоотдающей поверхности печи за время от начало одной топки до начала следующий, иначе, отношение величины теплоотдачи количество тепла, аккумулированному её внутренней тёпловоспринимающей поверхностью — называется КПД внешней теплоотдающей поверхности печи.
Например, если во время топки дровами русская печь получила от продуктов горения 20000 кал, а отдала помещению 18000 кал, то КПД теплоотдающей поверхности будет равно:
18000/20000=0,9 или 90%
При правильной конструкции, удовлетворительных приборах и хорошем уходе потери после натопки не значительны и КПД обычно составляет 0,95 или 0,98.
Зная КПД топливника, внутренней тепловоспринимающей и наружной теплоодающей поверхности мы можем определить КПД всей печи на дровах.
Так например, если эти коэффициенты соответственно равны 0,9, 0,85, 0,95, то общий КПД всей печи будет равняться произведению:
0,9 х 0,85 х 0,95=0,73.
Если сожжено 20 кг торфа с теплотворностью 3400 кал/кг, то в топливнике из всего располагаемого количество тепла:
3 400×20=68000 кал,
Выделилось только:
0,9 ×68000=61200 кал;
Из этого количества внутренней поверхностью стенок поглощено во время топки:
0,85 ×61200=52020 кал; :
Ну и наконец, отдано наружу:
0,95 х 52020=49419 кал
Ту же величину мы получим, если сразу помножим 68000 х 0,73.
Вывод: КПД печи на дровах зависит от трёх величин:
- КПД топливника;
- КПД внутренней тепловоспринимающей поверхности печи;
- КПД внешней теплоотдающей поверхности нагрева.
И равен произведению этих трёх коэффициентов.
Вывод
Описанные в статье способы повышения КПД просты в применении, подходят для любых дровяных печей. Они увеличивают коэффициент полезного действия отопительного устройства на 10-25%. В результате комната будет быстрее прогреваться, тепло медленнее покидать помещение, расход топлива существенно сократится.
Но важно помнить: любая модернизация будет напрасной при нарушении правил эксплуатации печи. Например, если пользоваться сырыми дровами, не чистить вовремя зольник, держать окна и двери постоянно открытыми, высокого КПД не добиться.
