Восемнадцать законов движения тепловых газов внутри печи

Общеизвестно, что одно и то же явление можно описать по-разному. Например: «ветер задул, и дерево упало». Это, если можно так выразиться, эмоциональное описание события. Другой вариант: «ветер дул с такой-то скоростью, дерево имело такой-то запас прочности (цифры и формулы с малопонятными простому смертному доказательствами), в конце концов, оно все-таки не выдержало и упало».

В течение многих лет я пытался дать научное обоснование тем или иным законам движения тепловых газов внутри печи, которые мне, при моей профессии, приходилось так или иначе учитывать. В конце концов, я был вынужден признать свою техническую необразованность и некомпетентность. Увы, ничего научного я сформулировать так и не смог. Но жизнь есть жизнь. Формулировать то, что требуется для работы, все равно приходилось. Поэтому пусть простят меня читатели с высшим образованием, но я просто не нашел иного выхода, как только описать законы движения тепловых газов внутри печи по принципу «ветер задул, и дерево упало». Так сказать, одни эмоции и никаких формул, доказательств или цифр.

Чем уже поперечное сечение дымохода, тем выше скорость движения по нему тепловых газов. И наоборот — чем шире дымоход, тем меньше скорость проходящих по нему газов.

Чем выше скорость движения тепловых газов, тем интенсивнее процесс теплоотбора на внутренние стенки печи.

Чем дальше от топки, тем холоднее газы.

Чтобы уяснить себе четвертый закон, надо первый и второй соединить вместе. Получается следующее: широкий колодец будет нагреваться медленнее и дольше, а узкий — быстрее и интенсивнее.

Чтобы топливо в печи (высота топки — менее 0,75-1 м) имело возможность сгорать полностью, надо первые полтора метра пути дымового колодца делать с поперечным сечением не менее 25 х 25 см, или, как говорят печники, два кирпича на плашку (около 630 см2). Таким образом получается «камера догорания» горючих газов. Это очень важный момент, игнорирование которого приводит к тому, что горючим газам просто негде сгорать внутри печи. С годами они начинают образовывать внутри печи теплозащитную пленку из смолистых веществ и мохообразной сажи. Если у печи есть «камера догорания» и отличная тяга, то в ней даже через 25 лет интенсивной эксплуатации не будет совершенно никаких следов смолы или сажи. Кирпичи останутся чистыми, как будто их только вчера, а не четверть века назад, положили в кладку.

Если температура газов на выходе из трубы окажется ниже определенного предела (около 100-150 °С), то печь «заплачет» (образуется конденсат). А вместе с ней может заплакать и домохозяин, потому что явление это очень неприятное и не всегда легко устраняемое. Чтобы ни печь, ни домохозяин «не плакали», общая кратчайшая (сдвоенные колодцы учитываются как один, см. закон 10 этой главы) протяженность пути дымоходов до выхода дымовых колодцев из отапливаемого помещения (первого этажа) не должна превышать 5-6 м.

Седьмой закон легче понять, если внимательно рассмотреть четвертый. Чтобы печь прогревалась равномерно, надо первый колодец сделать большим (и он не перегреется), второй сузить, но так, чтобы он был вдвое больше, чем третий. Четвертый (а также пятый, если он есть) следует сделать максимально узким (около, но не менее 300 см2, или один кирпич на плашку).

При слабой тяге дымоходы быстро зарастут сажей и смолой. И наоборот, при очень хорошей тяге они останутся абсолютно чистыми даже через 25 лет интенсивной эксплуатации печи.

Если количество поворотов тепловой струи (под углом 90°) превысит 12, усилить тягу уже не удастся ничем.

Сдвоенные колодцы надо учитывать как один. Например, если сдваиваем первый и второй колодцы, то их уже надо учитывать как один. Если перемычка между первым и вторым колодцем равна 40 см, то в общий кратчайший путь зачитываются только эти 40 см. Если первый и второй колодцы имеют пять поворотов тепловой струи (под углом 90°), а перемычка — всего один, то в зачет идет всего один поворот и т. д.

Соединяемые тепловые струи в параллельных колодцах не должны быть направлены навстречу друг другу. Это значительно ослабит общую тягу печи. Общее окно, в котором будет происходить соединение, также должно в поперечном своем сечении складываться из суммы (приблизительно) поперечных сечений соединяемых колодцев.

Горизонтальные тепловые потоки нужно обязательно соединять на разных горизонтальных уровнях (рис. 28).

При объединении двух печей в одну общую трубу желательно соединять их через распределительный короб (см. п. 7 главы 4, рис. 3).

Верхняя граница входа в первый колодец должна быть хотя бы на 1-2 см выше верхней границы топочной дверки. Иначе топка печи (при открытой топочной дверке) будет обязательно поддымливать (см. п. 5 главы 4).

Внутреннее сечение горизонтального дымового колодца (вид сбоку) Стенки горизонтальных колодцев, расположенные ниже 40 см

от верхней внутренней поверхности горизонтального дымохода, почти не прогреваются проходящими горячими теплопотоками. Все тепло перераспределяется по верхним районам горизонтального дымохода, а в нижних слоях теплопотока (ниже 40 см) эффективного теплообмена с внутренними стенками печи не происходит (рис. 29).

В колпаковых печах тепло сохраняется за счет того, что теплые потоки воздуха при заходе в колпак всегда стараются подняться наверх и задержаться там, а холодные потоки воздуха избирают себе пути перемещения по самым нижним зонам колпака (рис. 30).

В слишком широких трубах (более 30 см в диаметре) бытовые печи средней мощности неспособны создавать активные теплопотоки.

Возрастанию сопротивления теплового потока способствуют: а) увеличение протяженности общего пути дымовых каналов (см. закон 6); б) изменение направления тепловых потоков (см. закон 9); в) участки, где тепловые каналы переходят в меньшие сечения и наоборот.