В.Пересвет-Солтан
«Проектирование комнатных печей» СПб, 1911 г.
Назначение и виды печей. Отапливание помещений чаще всего производится обыкновенными комнатными печами, которые сравнительно с центральными системами водяного, парового и воздушного (пневматического) отопления отличаются простотой устройства и ухода и дают полную самостоятельность каждому помещений как в отношении температуры воздуха, так и времени топки в течение года. Кроме того, независимо от устройства какой либо вентиляции, эти нагревательные приборы вытягивают из помещения во время топки часто довольно значительный объем воздуха, что в известной степени продолжается и в течение всего последующего периода, так как абсолютно плотно закрыть трубу обычным способом затруднительно, если не считать даже вытягивания воздуха через трубную дверцу. Некоторое преимущество представляет также возможность пользования печью, как очагом для приготовления простейших кушаний, разогревания пищи, а после топки и получен1я теплой воды. Для облегчения выполнения последнего очень часто, в особенности в детских, в массиве печи оставляют небольшую пишу, закрываемую снаружи дверцами.
К недостаткам обыкновенных печей следует отнести следующее. Сама топка в помещении печи представляет при отсутствии надлежащего ухода безусловную опасность в пожарном отношении вследствие возможности выпадения угольков и вылетания искр, в значительном количестве получающихся между прочим при употреблении еловых дров. Общие дымовых каналов в здании с обыкновенными печами исключает возможность устройства толстых стенок в них, а при толщине последних почти всегда в ½ кирпича— достаточную тщательность кладки разделок против деревянных частей.
Предлагавшееся у нас в литературе и употребляемое заграницей при небольшой толщине стен вставление в дымовые каналы гончарных и керамиковых труб почти исключает опасность в пожарном отношении от растрескивания стенок этих каналов, но обходится довольно дорого. Кладка дымоходов из специальных кирпичей с углублениями на гранях уничтожает сквозные щели в стенках их, но не предохраняет от воспламенения деревянных переборок при случайной установке последних против дымовых каналов и пробивке кладки закрепами.
Во всяком случае обычно применяемый у нас разделки, т. е. утолщения стенок дымовых каналов против половых балок до 6—9 верш., должны в видах большей безопасности сопровождаться обшивкой дерева листовым железом (можно старым, но без дыр) или, еще лучше, асбестовым картоном для того, чтобы предохранить дерево от непосредственного загорания.
Вообще в этом отношении надо опасаться не нагревания прилегающих деревянных частей, которое в этажах не может быть значительным, а растрескивания кладки. Последнее легко может происходить от воспламенения скопившейся в трубе сажи и при удалении ее выжиганием, а не прочисткой с предварительным размягчением топкой осиновыми дровами. Можно даже утверждать, что более тонкая, но лучше сложенная разделка въ 6 верш, окажется более действительной, чем в 9 верш., которую трудно хорошо устроить уже на том основании, что она должна сильно свешиваться. Кроме того, пожары возникают часто оттого, что в дымовые каналы по небрежности, особенно при переделках, прямо вставляются деревянные части.
Другой существенный недостаток отопления комнатными печами заключается в том, что из этих приборов может попадать в помещение окись углерода, действующая в известных количествах (угаръ), и дурнонахнущие газы. Окись углерода образуется в небольших количествах при всякой топке, когда получающаяся от сгорания топлива углекислота соприкасается с раскаленным углем, но при достаточном притоке воздуха она обратно сгорает в углекислый газ.
Раннее закрытие трубы при больших количествах ь перегоревшаго еще угля, может вызывать более усиленное образование окиси углерода, которая, вследствие прекращения доступа воздуха, не в состоянии будет тут же сгореть в сравнительно безвредную углекислоту и через неплотности печных дверец и кладки может вытекать в помещение.
Дурно пахнущие газы состоят преимущественно из сероводорода, образующегося за счет серы топлива, и углеводородов, указывающих на недостаточно совершенное горение вследствие неполного разложениятоплива и смешения продуктов горения с воздухом, а также понижения температуры в топке.
Для предупреждения попадания всех этих газов в помещение помимо улучшения условий горения в топке вообще, следует устраивать возможно плотные двойных (лучше герметические) топочные дверцы, разбрасывать неперегоревших уголь перед закрытием трубы тонким слоем и ни коим образом не производит топки печей на ночь, особенно в спальнях, так как при топке их утром появление вредных газов может быть во время замечено. К сожалению обычная газетная хроника происшествия неизменно пестрить у нас случаями отравления окисью углерода вследствие спешного накрытая трубы вытопленной на ночь печи.
К недостаткам обыкновенных печей относится еще некоторая неравномерность нагревания помещений по высоте с перегревом верхних слоев (как при воздушном отоплении), установка этих приборов у внутренних стен, а не около окон, вследствие чего не ослабляется дутье от последних, а также — отнятие известной площади от пола и необходимость разноски топлива к каждому нагревательному прибору, что в больницах, например, может вызывать и распространение заразы.
Но формы печи устраиваются круглые, прямоугольные и угловые. Самой рациональной, относительно равномерного остывания печи со всех сторон и отсутствие всяких отступок должна быть признана круглая форма. Но такие печи отнимают от помещения нисколько больше места, нарушают обычный характер его, а при одежде изразцами требуют специальных круглых изразцов для каждого размера прибора. Сверх того, кладка круглых печей вызывает большую теску кирпича сравнительно с прямоугольными. Чаще круглые печи располагаются в углах помещений.
Прямоугольная форма при условии открытого со всех четырех сторон расположения дает большую боковую поверхность по отношению к тому же поперечному сечению, что должно способствовать ускорению остывания всего печного массива.
Открыто устанавливаются между прочим кафельные прямоугольные печи в северной Германии, причем для удобства прочистки задней поверхности, отступка от стены делается в 3—41/sверш., и печь с этой стороны также одевается изразцами. У нас прямоугольную печь обыкновенно придвигают возможно ближе к стене для того, чтобы, не терять места, заднюю поверхность оставляют без одежды и отступку закрывают с обеих сторон, снабжая ее в нижней части отдушинами для циркуляции воздуха. При таком расположены печи получается замкнутый, трудно доступный для очистки промежуток, и уменьшается в значительной степени теплоотдача задней закрытой поверхности
Более вытянутая в плане форма прямоугольной печи при открытом расположении должна способствовать остыванию ее, при существовали же отступок влияние этого обстоятельства значительно ослабляется. Прямоугольные печи ставятся обыкновенно у середины стены и потому часто называются средизальными.
Треугольная форма применяется при установке печей в углах помещения. Подобное расположение имеет то неудобство, что открытой остается меньшая часть боковой поверхности прибора, большая же часть ее обращается в отступки, которые в данном случае приходится делать закрытыми. С увеличением размера этих печей толща всего массива возрастает, почему применение внутренних камер для ускорения остывания является неизбежным. Впрочем, не смотря также на большую теску кирпича при кладке угловых печей, последняя пользуются большим распространением благодаря удобному заполнение ими угла помещения.
Для уменьшения указанных неудобств, связанных как с открытыми, так и с закрытыми отступками, прямоугольные и угловые печи лучше делать проемными
т. е. проходящими сквозь прилегающие стены в соседнее помещение (фиг. 1). Если это нисколько и затруднительно (в смысле довольно значительного увеличения площади поперечного сечения печи) при кирпичных стенах, то при деревянных переборках это должно делаться обязательно. Выгода получается еще та, что при небольших комнатах две малы печи могут быть заменены одной среднего размера.
Высоту печей сообразуют с высотой помещения, стараясь не поднимать их выше потолочного карниза. При этом руководствуются и шириной печи для того, чтобы в целом последняя получила надлежащие архитектурные пропорции. Как толстая и низкая печь, так и излишне тонкая могут производить неприятное впечатление и безобразить помещение, не считая того, что более низкая печь будет занимать и слишком много места. Иногда же для маскировки продолжают одежду печи до потолка и обводят карнизом. С целью улучшения внешнего вида печей снабжают их цоколем (закладка) и карнизом.
Верхнюю часть печи в настоящее время, особенно в больницах, детских и других подобного рода помещениях, покрывают с соответствующим числом скатов наклонной крышечкой или колпаком, который предупреждает скопление здесь различной грязи.
Одежда печей производится изразцами и железом, реже поверхности оштукатуриваются. Установилось такое мнение, что изразцы задерживают охлаждение печи потому, что заполнение рюмок их исполняется часто весьма небрежно и одной глиной. При этом упускается из виду, что подобное явление наблюдается и при надлежащем заполненении. Причина же кроется в том, что изразец хотя и одинаковой пористости с кирпичной кладкой, но всегда прикладывается к стенкам в ¼ и ½ кирпича, вследствие чего эти стенки выходят толще почти на полтора вершка. При одежде гладким железом оно плотно прилегает только в круглой печи. Гофрированное и штампованное железо лучше держится на плоских частях, но тоже дает пустоты и отслойки.
Место установки печей обыкновенно назначается ближе к внутренним долевым стенкам, хотя более рациональным было бы расположение их у наружных стен, как источников охлаждения.
Это делается главным образом на том основании, что в наружных продольных стенах дымовые каналы сильно охлаждаются и печи „дымят“, поперечные же стены по конструктивным соображениям ставятся относительно редко, через 8—4 комнаты. Можно было бы, конечно, к наружным стенам пристраивать против переборок небольшие участки стен для дымоходов: но тогда для возвышения труб над коньком крыши во избежание задувания дыма ветром пришлось бы сильно надстраивать их с фасада, что портило бы общий вид здания и увеличивало бы стоимость устройства крыши, так как обыкновенно нисколько утолщенным по бокам трубы служат на чердак и столбами для поддержаниястропил.
По своему устройству печи разделяются на обыкновенная и с камерами, т. е. полостями в массиве печи между дымооборотами, дающими дополнительный нагревательные поверхности. Камеры назначаются для нагревания проходящего в них воздуха.
Если воздух поступает в камеру из помещения, входя в нижней части и выходя в верхней, то такие печи называются камерными-циркуляционными. Камеры в этом случае назначаются для ускорения остывания печи, а отсюда и для регулирования последнего. Когда же в камеры вводится холодный воздух снаружи, то печи служат и для вентиляции под названием печей с притоком наружного воздуха.
В некоторых помещениях, например в церквях, в часы присутствия большого числа молящихся, когда нужна только вентиляция, камеры сообщаются с наружным воздухом, в остальное же время за отсутствием выделяющих тепло людей они назначаются для дополнительного циркуляционного отопления. Могут быть и такие случаи, когда комнатная печь должна служить только для нагревания наружного воздуха, калорифером\ для этого она окружается общим кожухом, и все поверхности ее обращаются в камерные.
Известную особенность представляют лежачие печи в оранжереях, подобные китайским, которые состоят из топки и одного вытянутого в горизонтальном направлениидымохода.
При постановке печей в таких помещениях, который не имеют внутренних стен для расположения дымохода, приходится переводить дым как ближайшей стене, чаще через коридор, при помощи горизонтальная канала, располагаемая для удобства под потолком и называемая патрубком.
В военно-инженерном ведомстве в видах большей безопасности в пожарном отношении, согласно постановлению инженерного комитета, патрубки запрещены. Однако, при правильном устройстве их из кирпича с уголковым железом по ребрам или еще лучше в железном футляре, патрубки представляются достаточно безопасными, облегчающими в значительной степени и планировку мол к их квартир с коридором у третьей стены. В конструктивном отношении такой канал вызывает ту особенность при проектированы печей что последний дымооборот должен обязательно заканчиваться в верхней части прибора.
От обыкновенных комнатных печей отличают камины, которые состоять из открытой топки, чаще с одним дымоходом в стене. Иногда же печь соединяют с камином, снабжая ее топку большими двухстворчатыми дверцами около 9X12верш., отворяемыми настежь при пользовании прибором как камином.
Вообще же относительно камина сложилось не совсем правильное мнение, что по существу своего устройства он обладает очень низким полезным действием и мало пригоден для отопления. При твердом минеральном топливе, которое идет преимущественно для камина, в топке поглощается около 1/2 того тепла, которое могло бы выделиться в обыкновенной печи. Если же при пользовании камином получается значительно меныший тепловой эффект, то это происходить потому, что горениеобыкновенно ведется в нем без надлежащая регулирования, с большим притоком воздуха вследствие применения вьюшек, а не задвижек, и при догорании топлива вытягивается из помещения тот воздух, который только что успел нагреться.
Сверх того, камин, как нагревательный прибор, почти не обладает теплоемкостью, т. е. не заключает в себе запасов тепла после прекращения топки. Поэтому он годен только для периодического подтапливания помещения с быстрым повышением температуры, которое может доходить до 3—4 градусов. Вместе с тем прибор производить вентилирование помещения, вытягивая из него вследствие открытая устройства топки довольно значительные объемы воздуха.
Топливом в обыкновенных печах служит каменный уголь, кокс, антрацит, торф, различные сорта дров и суррогаты их, а также нефтяные остатки или мазут. Самым удобным топливом, горящим и наглухом поду без решетки, являются дрова, который кроме того не загрязняют помещение незначительное количество дурно пахнущих газов. Выгоднее и удобнее употреблять высушенными дрова и во всяком случае годовалые, а не свежей рубки.
При выборе как сортов дров, так и сортов топлива на практике приходится руководствоваться главным образом по экономическим соображениям относительною стоимостью известного количества тепловых единиц в них. Впрочем, при незначительном превышения стоимости такого удобного топлива, как дрова, что имеет место между прочим в Петербурге, предпочитают последние.
При отапливании дровами весьма полезно закладывать их в топку с вечера, используя этим проемои те части тепла, которые задерживаются на внутренней поверхности топки и которые за сутки все равно не могут быть выделены в помещение.
Употребление мазута требует устройства совершенно особенных топливников, исключающих сжигание других сортов топлива, и тщательного умелого ухода, без какового легко можно получатся много копоти и сажи.
Расчет комнатных печей может быть несколько упрощен на том основании, что всегда является полная возможность заложить увеличенное количество топлива и количеством же его регулировать действие прибора. Однако, все-таки нельзя согласиться с тем приемом, которым пользуются в некоторых руководствах, дающих лишь окончательные размеры и отдачу тепла определенных выработанных типов печей, да еще с каким-нибудь излюбленным, но недостаточно совершенным и практичным топливником.
Не только для изучающих данный вопрос, но и для строителей печей необходимо знакомство с основными мотивами назначения тех или других размеров печей и свойствами этих приборов для того, чтобы более сознательно относиться как к устройству, так и к действию последних.
К сожалению, большинство специалистов по печному делу ограничиваются указаниями лишь мало обоснованных правил проектирования подобных приборов, полученных не путем правильно поставленных опытов и наблюдения, а совершенно умозрительно.
Приводимые здесь расчеты и соображения относительно устройства комнатных печей за неимением чего-либо другого основываются почти исключительно на результатах опытов, произведенных в 1909 году и описанных в «Тепловом режиме комнатных печей. В видах же ясности предварительно излагаются вкратце те тепловые явления, которыми сопровождается как сжигание топлива uпрогревание печи, так и остывание ее.
Основные условия, которым должны удовлетворять обыкновенные печи, заключаются в следующем: 1) необходимо сжечь топливо наиболее совершенным образом, используя все количество заключенной в нем тепловой энергии; 2) поглотить наибольшее количество из полученного в топке тепла и 3) равномернее выделить это тепло в помещение в течение назначенного времени, обыкновенно около суток, с наименьшей утечкой за это время тепла в дымовую трубу.
Затем необходима 1) простота ухода, 2) гигиеничность как в отношении температуры поверхностей, по возможности не высшей 70° С, так и преграждения выхода из печи дурнопахнущих и вредных для здоровья газов. 3) безопасность в пожарном отношении, 4) удобство очистки, 5) прочность кладки и т. п.
Сжигание топлива. Для наилучшего использования всякого топлива необходимо прежде всего возможно тесное смешение его с воздухом и впуск последнего в количестве, отвечающем лишь теоретически необходимому.
На практике при сжигании даже газообразного топлива - удается осуществить последнее в полной мере, для твердых же сортов его возможно ведете горения только в редких случаях при полуторном впуске. Наличность решетки под топливом облегчает приведение его в более тесное соприкосновение с воздухом, сравнительно с глухим подом. На последнем, кроме того может гореть только такое неломкое и легко воспламеняющееся топливо, как дрова.
Для совершенного горения, т. е. полного соединения всех продуктов разложения топлива с кислородом воздуха кроме хорошего смешения с ним нужна также достаточная температура. Низкая температура этого процесса, которая может происходить как от излишней сырости топлива, так и от значительная поглощения тепла стенками топки и проходящим в большом количестве воздухом, вызывает недостаточное разложение некоторых тяжелых углеводородов (в частности смол) и неполное сгорание газообразных продуктов вообще с образованием копоти. Подобное явление особенно явственно наблюдается при растопке металлических еще не прогревшихся водяных котлов.
Слишком высокая температура горения при наличности почти всегда получающегося в топке раскаленного угля, особенно в толстом слое, также вредна, так как может вызывать разложение между прочим углекислоты (С08) на окись углерода (СО) и углерод с поглощением тепла, т. е. с уменьшением тех количеств его, которые можно было бы выделить. Однако, благодаря достаточно высокой температуре и имеющемуся в топке всегда в избытке воздуху, окись углерода должна в дальнейшем снова сгорать в углекислоту.
Увеличение слоя топлива, что имеет место в непрерывно действующих печах, часто с наполнительным кожухом, способствует образованию СО в больших количествах доходящих, особенно при замедленном горении, до 3°/о, (при содержат СО, около 18%).
Что касается значения с точки зрения утилизации тепла глухого пода, то в существующих руководствах нередко высказывается тот взгляд, что подобное устройство топки обыкновенно дает не более 40°/° полезного действия. Между тем вышеупомянутые опыты показывают, что самый незначительный надзор может доводить этим коэффициент до 70—75% при весьма небольшом, даже меньшем, чем с решеткой содержании СО. Но для этого надо вести горение при слабой тяге, чтобы уменьшить количество воздуха, протекающего перед топливом, которым, как показывает опыт, направляется тогда в нижнюю часть топки. Питание же воздухом задних частей топлива мало зависит от притока спереди и происходить под влиянием местных восходящих струек, вызываемых нагреванием газообразных продуктов горения и засасывающих воздух из передних частей топки.
Может быть, конечно, такой случай, что не придется вовсе уменьшать притока воздуха вседствие слабой тяги, но при обычных наших трубах в 3X6 верш. сечением даже в одноэтажных зданиях тяга оказывается вообще более, чем достаточной.
Самое уменьшение тяги удобнее всего производить трубными задвижками, так как регулировка ее величиной отверстий в топочных дверцах должна будет прерываться при открывает последних для перемешивания топлива. Кроме того, при пользовании задвижками можно вести топку даже при открытых дверцах, используя в первое же время растопки печи лучистую теплоту для подогревания помещения.
Вьюшки и бараны не допускают регулировки и потому должны быть совершенно оставлены тем более, что вьюшки представляют еще весьма неопрятный способ закрывания трубы. При наличности же их топочные дверцы остается держать закрытыми, а для направления воздуха на горящее топливо снабдить эти дверцы в нижней своей части небольшими отверстии.
Примкнете с внутренней поверхности дверцы над отверстиями наклонных козырьков, предлагаемое иногда для направлены струи вниз, при неуглубленном поде является излишним вследствие той большой скорости, с которой воздух устремляется в эти отверстия в горизонтальном направлении. Также нерациональное снабжение топочных дверец двойными стенками с впуском воздуха в верхней части между ними и выходом его в нижней части, так как исключается возможность наблюдения чрез отверстия за горением, хотя в тоже время и вылетания искр. Кроме того, предварительное подогревание входящего воздуха между двойными станками, хотя вообще и полезно, но в данном случае оно должно происходить за счет той лучистой теплоты, которая могла бы дать в помещении известный тепловой эффект еще во время топки печи, когда кладка начинаешь только прогреваться.
Те же удобства регулировки горения задвижкой сохраняются и при наличности решетки, при которой уменьшении притока воздуха нередко производится поддувальной дверцей.
Влияние стенок топки на температуру горения, а следовательно и на совершенство его оказывается в действительности далеко не таким, как оно обыкновенно принимается.
Кирпичные стенки вследствие дурной теплопроводности материала прогреваются за время обычной топки в течение 1—2 часов на небольшую лишь глубину и преимущественно против заложеннего топлива. Так, при дровах и каменном угле заметное нагревание получается только во внутреннем со стороны топки слое около 2 верш, толщиной.
Отсюда следует, что нет никаких оснований с точки зрения улучшения совершенства горения увеличивать стенки топки более 3—4 ½ верш.
Излишний впуск воздуха может происходить как при самом горении топлива, так и при дожигании его, которое в печах получает особенное значение вследствиекраткости самого процесса топки и желания дожечь оставшиеся угли.
Количество впускаемого воздуха может оказаться гораздо более теоретически необходимого, если существует не достаточно тесное соприкосновение этого воздуха с топливом при небольшой толщине слоя последнего и излишне сильная тяга. При этом, если не получится несовершенное горение вследствие понижения большим притоком воздуха температуры в топке, то излишний приток воздуха не должен уменьшать количество того тепла, которое может быть извлечено из данного топлива.
Дожигание остающегося после топки дровами угля для уменьшения излишнего впуска воздуха, производитьследующими способами.
Проще всего, конечно, подгребать кучкой догорающиеугли поближе к топочной дверце против того места, где находятся отверстия в ней.
В топливнике Свиязева (фиг. 2) с целью автоматического скатывания угля при догорании под печи сделан наклонным. Однако, здесь упущена трудность затекания воздуха в углубленную часть топки, в особенности,
без упомянутого выше ослабления тяги посредством трубных задвижек, а также неудобство закладывания в такой топливник дров и очистки его от золы.
В другом варианте своего топливника для кухонной плиты (фиг. 3) Свиязевъ устроил в нижней части узкую щель в, через которую входящий воздух питает горениеи дожигание падающих сюда после обгорания дров угольков. Впрочем, при довольно продолжительной кухонной топке подобное устройство имеет главным образом значение устранения чугунной решетки.
Лукашевич использовал, по-видимому, идею предыдущего топливника, но снабдить его (фиг. 4) небольшой опрокидывающейся решеткой, которая полезна в том отношении, что может задерживать не слишком крупные угли, проваливающиеся через щель в зольник. Кроме того, Лукашевич увеличил размеры топливника, чтобы заложивши все топливо в один раз и закрыввнутреннюю топочную дверцу, оставалось ждать только потемнения отверстий печей (со слюдой) и закрыть трубу, чем сократить до минимума уход за печью.
Теоретически действие этого топливника представляется вполне рациональным. Входящий воздух пронизывает всю закладку дров, дожигая при вступлении своем с увеличенною скоростью через решетку скатывающейся по сильно наклоненным бокам топки уголь. Практически же оказалось, что уловить момент окончания догорания угля весьма затруднительно, так как по отблеску на задней поверхности топки, наблюдаемому сквозь отверстие в топочной дверце, можно заключить лишь о том, что процесс догорания угля еще продолжается, вследствие же невидимости самого угля нельзя установить, когда дожигание закончится. А отсюда, так как прислуге обыкновенно приходится одновременно топить нисколько печей, то легко может происходить несвоевременное закрытие трубы. Сверх того, как объяснено будет ниже, этот топливник занимает в печи слишком много места и вследствие своей формы требует местами значительного утолщения стенок.
Можно нисколько улучшить этот топливник, отказавшись от сильно наклоненных боков его и заменив автоматическое скатывание угля огребанием его на решетку при перемешивании посредством кочерги, которое может быть исполнено в течение ½ мин. и потому не должно оказывать заметного влияния на коэффициент полезного действия печи.
Во всяком случае, следует признать обязательным такое проектирование топок печей, при котором топливо оставалось видимым во все время сжигания его.
Иногда для дожигания при глухом поде пользуются железным листом, вдвигаемым наклонно сверху в топочное отверстие при посредстве пазов в рамке. Предполагается, что при существовании небольшого уклона пода топки назад и опускании листа почти до самого низу получится сильная наклонная струя воздуха, которая весьма быстро и дожжет скопившийся в углублении уголь. Не говоря уже о возможности коробления и потери самого листа, затем известной мешкотности обращения с листом при закладывании топлива, смешивания и дожигания его, а также возможности вылетания золы, следует заметить, что подобное вдувание сильной струи воздуха гораздо легче и проще достигается обыкновенным расположением щели илиряда отверстий в нижней части внутренней топочной дверцы, величина которых может регулироваться задвижкой при них.
Некоторого улучшения дожигания топлива можно достичь также применением удлиненной формы топливника с хайлом, занимающим нижнюю половину высоты задней стенки, или без него, но с разбрасыванием угля по поду и обязательным ослаблением тяги при этом посредством трубных задвижек.
Вообще же из вышеизложенного видно, что дожигание дров практически окапывается довольно затруднительными Поэтому в интересах простоты устройства и легкости ухода, в особенности при плотных или еще лучше герметических топочных дверцах, может быть признано более подходящим оставление некоторого количества угля, как это обыкновенно и делается, несгоревшим. При сжигании получающихся таким образом остатков во время последующих топок, каждый раз, очевидно, будет потребляться почти тоже количество топлива, на которое рассчитывали.
Некоторыми особенностями отличаются топки для дров в печах Войницкого (фиг. 5), Степанова и др., но они не заслуживают большого подражания.
Дожигание остатков такого минерального топлива, как каменный уголь, представляет еще большие затруднения сравнительно с дровами вследствие того, что горение каменного угля происходит исключительно на решетке. Приходится или уменьшать величину этой решетки, что практически трудно выполнимо, или закрывать дверцы для дополнительная притока воздуха, каковое устройство само по себе предполагает, уже высоки й слой топлива, т. о. сжигание его не в обычные 1,5—2 часа, а в течение болеепродолжительного времени с применением загрузочной шахты.
Остается и в этом случае производить дожигание тщательно ра збросанного угля на той же решетке при уменьшении тяги, или оставлять остатки угля несгоревшими и сжигать их при последующей топке.
Нефтяные остатки или мазут требуют применены специального топливника, дающего возможно тесное смешение паров этого топлива с воздухом, при недостаточности которого, как показывает практика, получается обильное образование копоти. Наиболее совершенно эта задача разрешена в топке системы доктора Баскакова (фиг. 7). Она состоит из нижнего топливника или генератора В со сковородкой, на которой испаряется мазут, и собственно топливника С несколькимипорогами для лучшего перемешивания продуктов горения.
Воздух для горения вводится частями последовательно в нескольких местах, чтобы сильно не охлаждать пламени, причем в самом низу он попадает к сковороде спереди сквозь гребнеобразную металлическую решетку и сзади через решетку bдля раздробления его на мелкие струйки. В топливник С происходить дополнительный впуск d,а иногда и с. Опыт показывает, что смешение газообразных продуктов топлива с воздухом, происходит настолько совершенно, что относительный впуск понижается до 1.5, и температура в топке доходит до 1400—1600° С.
Наконец, остается указать еще на способ сжигания дров с прикрытыми после растопки герметическими дверцами, который распространен в западном крае. Воздух, питающий горение, поступает в этом случае частью через неплотности в кладке, частью тем же путем, каким и уходят и продукты горения, т. е. через трубу, вследствие чего сгорание топлива идет сравнительно медленно и при относительно ограниченном притоке воздуха. Поглощение тепла поверхностями также улучшается, что увеличивает общий коэффициент полезного действия в печи. Впрочем, ничего определенного в отношении последнего сказать нельзя з а отсутствием надлежащих испытаний.
К недостаткам этого способа иногда относят возможность осаждения в трубе вследствие низкой температуры дыма, паров воды и других продуктов сухой перегонки, что должно вызывать разрушение кирпичной кладки. Однако, возникновение этого неудобства легко предупреждается ведением топки в период сухой перегонки обычным способом и закрыванием топочной дверцы только при полном обугливании топлива.
Обратимся теперь к устройству восходящего дымохода, в котором заканчивается горение газообразных продуктов так называемых пламенных сортовтоплива, как то каменного угля, торфа и особенно мазута и дров.
Наблюдения показывают, что „пламя" при горении, например, дров нередко достигает верхних частей первого дымохода. Отсюда этому каналу необходимо придавать такое устройство, чтобы по возможности не понижать температуры догорания газообразных частиц и достигнуть лучшего перемешивания их без заметного ослабления тяги.
С этой целью иногда рекомендуют сужать весь первый дымоход с таким расчетом, чтобы получить в нем скорость около 5—7 футов секунду. Однако, если сужение сечения первого дымохода может способствовать лучшему перемешиванию продуктов горения, то оно не должно заметно влиять на уменьшение охлаждения их.
Поэтому для достижения одного только перемешивания газов достаточно обойтись устройством местного сужения в начале дымохода в виде шейки на подобиее того порога, который обыкновенно располагается тотчас за топкой в паровых котлах. Это тем более, что указанное приспособление сравнительно с общим сужением вызовет меньшее ослабление тяги и облегчить планировку печи. В некоторых же случаях, особенно при достаточной тяге, можно оставить и сужение всего восходящего дымооборота.
Насадка обыкновенно располагается внутри первого дымохода в виде поперечных арочек или один над другим поставленных кирпичей. Она имеет безусловное значение для лучшего перемешивания продуктов горения, но увеличивает в сильной степени поверхностьканала, уменьшая температуру догорания газообразных продуктов горения.
Правда, при замене сечения этого канала более узким но подобного же вида, периметр его, а следовательно и величина охлаждающей поверхности должна уменьшиться пропорционально корню квадратному из изменения площади его, но зато почтя пропорционально той же величине вследствие увеличения скорости (если не считать незначительного уменьшения последней по причине некоторого общего уменьшения тяги под действием произведенного сужения должен будет возрасти и коэффициент поглощения тепла стенками
Поглощение печью тепла. Если условия сжигания топлива и получения из него возможно больших количеств тепла в настоящее время, как видно было из выше изложенного, достаточно обследованы, то вопрос о поглощении этого тепла даже по отношению к паровым котлам еще не вполне выяснены и определенно, при проектировании же комнатных печей он обыкновенно совершенно и не затрагивается. Указанные опыты освещают в известной степени эту сторону функционирования кирпичных печей, но по недостаточному числу исследованных типов и сложности вопроса не дают еще вполне законченных и проверенных результатов.
Безусловно следует признать установленным, что за время обычной продолжительности топки в 1 —2 часа прогревание кирпичных стенок печи происходить на сравнительно незначительную глубину 2—3 верш, даже в топливнике. Это вполне объясняется относительно слабой теплопроводностью кирпича и изразцов.
В топливнике топливо с длинным пламенем дает почти одинаковое нагревание как верхних, так и нижних частей его. Топливо же с коротким пламенем, подобное каменному углю, производить значительно большее прогревание нижних частей кладки близ решетки. Величина закладки топлива, особенно при короткопламенных сортах его, тоже влияет на температуру стенок топки, несколько повышая ее при увеличении количества сгорающего топлива.
Возрастание притока воздуха, понижая температуру горения, уменьшает также и поглощение в топке тепла, хотя далеко не в том же соотношении.
В общем, при грубых подсчетах можно принять, что в топливнике при обычной продолжительности топки печей за время одного часа поглощается при дровах около 1200 — 1600 фунт. ед. на кв. футе или 250— 350 ед. на кв. верш, смотря по величине закладки и притока воздуха; при каменном угле около 2500—5500 ед. с кв. фута или 500—1100 ед. съ 10 кв. верш. Для торфане имеется опытных данных, однако, принимая во внимание свойства этого топлива, можно положить величины. более близкая к цифрам для дров.
В дымооборотах должно выделяться то тепло, которое не могло быть поглощено в топке. Поэтому необходимо развитие внутренних поверхностей дымовых каналов тем более, что стенки из такого материала как кирпич, могут насыщаться теплом, и увеличение поверхности их при сохранении тех же размеров печи почти не вызывает издержек. При этом, так как топливо с сильной лучеиспускательной способностью, как например, каменный уголь, дает большее поглощение тепла в топливнике, увеличение поверхности оборотов при подобном топливе должно влиять в меньшей степени, чем при дровах. При одинаковом же развитии внутренних поверхностей, т. е. при одной и той же печи и при равном количестве тепла в закладываемом топливе, а также одинаковом ведении топки каменный уголь должен дать больший коэффициент полезного действия печи. Впрочем, некоторая компенсация может получиться вследствие большого размера топливника при дровах.
Отсюда же следует, что при минеральном топливе, при котором происходить большее поглощение тепла в топливнике, и равноценности в тепловом отношении закладок в оборотах может выделиться никак не большее, если не меньшее количество тепла вследствие более низкой температуры газов в них, чем при торфе и дровах. Поэтому нет оснований, как иногда полагают, увеличивать для каменного угля толщину стенок каналов кроме топливника.
Поглощение тепла в оборотах должно возрастать и при уменьшены притока воздуха в топке и замедления горения вообще, если при этом не происходить, конечно, уменьшения совершенства самого процесса сжигания топлива. Введете большого количества воздуха, увеличивая объем продуктов горения, понижает почти в соответствующее число раз температуру их в начале восходящего канала и в то же самое число раз уменьшает коэффициент поглощения тепла, однако, поэтому получается соответственное возрастало окорок движения газов, что, напротив, увеличивает поглощение тепла, хотя пропорционально лишь корню квадратному из увеличения скорости. В результате во всяком случае оказывается известное уменьшение поглощения тепла.
При замедлении горения происходит уменьшение поглощения тепла в оборотах пропорционально корню квадратному из уменьшения скорости, а следовательно и этого замедления, но оно менее значительно, чем увеличение выделения тепла вследствие удлинения самого промежутка времени, влияниекоторого выражается первой степенью. В общем итоге получается усилениеаккумуляции тепла.
Указанное влияние скорости объясняет также разницу между прежним последовательным расположением оборотов, которое устраивалось в голландских или многооборотных печах, и параллельным, практикуемым в современных однооборотных печах с одним подъемным дымоходом и остальными опускными, которые стали устраиваться еще Свиязевым.
Последовательное расположение является более выгодным относительно поглощения тепла, так как оно увеличивает скорость движения продуктов горения и вследствие многократной перемены направления способствует лучшему смещению их, что также улучшает утилизацию тепла. Однако, такое расположение сильно увеличиваешь сопротивление движению газов и потому требуешь более значительной тяги, которую не всегда можно получить в начала растопки печи, особенно если последняя помещается у наружной стены.
Поэтому обыкновенно предпочитают на случай ослабления тяги устраивать печи однооборотными, уменьшая ее, когда она окажется большой, прикрывать задвижки, что позволяет также вести топку с замедлением, возмещая этим в известной степени недостатки параллельного расположения дымоходов.
К сожалению, практика показываешь, что не только вместозадвижек все еще применяются вьюшки и бараны, которые совершенно непригодны для управления горением, но при существовании задвижек топка часто ведется при полном отверстии последних, вследствие чего происходить обильный приток воздуха и недостаточное поглощение полученного из топлива тепла.
Коэффициент частого поглощения тепла в оборотах может быть принят, независимо от рода топлива, в среднем около 400—600 ед. на кв. фут или 400—600 ед. на 10 кв. верш., смотря по величине притока воздуха (около 2—3) и скорости движения продуктов горения в опускных каналах (3—4 фута в секунду).
При очень плохой регулировке и величине притока в в—7 раз более теоретически необходимого с соответственным понижением как температуры в топке, так и в восходящем канале, эти цифры могут опускаться и до 200 ед. на кв. футе.
Выделение печью тепла. Идеально конструированная печь должна остывать в течение наперед заданного времени, поддерживая в помещении по возможности равномерную температуру. Однако, не касаясь даже неравномерности остывания печи, как всякого охлаждающегося тепла, можно сказать, что комнатная кирпичная печь по существу своему получает при топке определенный запас тепла, который может быть выделен лишь в течение известного времени, что делает этот прибор недостаточно гибким при изменении внешних и внутренних термических условий. Впрочем, большая теплоемкость наших, особенно каменных, зданий несколько исправляет этот недостаток и выравнивает температуру в них.
Постепенность и время остывания печи являются весьма сложными и зависят от многих обстоятельств. Кирпичная стенка в 1,5 верш, толщиной, доведенная с наружной поверхности до 53° С и защищенная сзади от охлаждения, остывает вполне за время около 40 часов, причем уже через 12 час. остается в ней только около 5% всего аккумулированного тепла. Стенка топливника круглой печи в железном футляре толщиной в 3 верш., нагретая до 51° С на поверхности, уже содержит через 24 часа 25% тепла, полное же остывание наступает по прошествии 53 часов. При более интенсивном нагревании стенок эьт промежутки удлиняются.
Полное остывание всей печи требует уже большого времени и зависит как от толщины стенок, так и от расположения преградок в ней. При этом оказывается, что остываниеразличных по степени нагрева по своему расположению частей печной кладки заканчивается почти в одно и то же время, что указывает на перемещение тепла от более нагретых мест к более холодным, частью под влиянием восходящих потоков, нагревающихся около внутренних стенок частиц воздуха, частью благодаря некоторому движению воздуха ктрубе вследствие неплотностей в задвижках.
Такими образом, сильно перегретые внутренние стенки топливника и преградок внутри печи являются своего рода „регуляторами* времени и равномерности остывания печи, питающими из своего запаса тепла наружные и более охлаждающиеся части ее. Они-то и обусловливают так называемую теплоемкость печи, мало зависящую, как видно из предыдущего, от общего объема кладки. Внутренние камеры в этом отношении, пока они накрыты, являются замедлителями, при открывании же душников при них—ускорителями остывания. Пользуясь камерамитотчас после окончания топки печи, можно усилить нагревание помещения. Открывая душники в последнем периоде остывания прибора, напротив, можно ускорить последнее вообще и сделать его более равномерным
Самое время полного остывания печи связано с устройством печи и в среднем оказывается следующим.
1834 г.
1939 г.
