В.И.Пищулин
Печеклад с 1982 года

Бесканальные печи: идея & воплощение
Нетрадиционный взгляд

    Содержание настоящей статьи показывает,
как простое наведение порядка в терминологии
может привести к весьма существенным практическим результатам:
инициировать работы по оргенизации промышленного производства
конструктивных компонентов печей.

  Идея бесканальных конвективных систем теплотехнических установок, высказанная академиком В.Е. Грум-Гржимайло в 20-х годах прошлого века, [2, 4, 5] заключается в отказе от принципа обеспечения условий для принудительного движения дымовых газов по дымооборотам под воздействием тяги, обеспечиваемой трубой.
    В противовес этому, академиком предложено использовать простое физическое явление, заключающееся в том, что горячие дымовые газы как наиболее легкая субстанция всегда устремляется вверх любого физического пространства. В этом случае основной задачей печника является создание условий для обеспечения свободного движения дымовых газов в физическом пространстве конвективных систем, выполненных в виде пустотелых резервуаров, наполняемых и нагреваемых дымовыми газами. Конвективную систему такого типа стали называть колпаком, а печи – колпаковыми [2, 4, 5].
Следует отметить, что, несмотря, на всеобщее признание, выбор термина – колпак – представляется мне не совсем удачным, так как он, с одной стороны, не отражает функциональных свойств   бесканальных конвективных систем, а с другой стороны – не соответствует их конструкциям. Поэтому в данной статье используется другой, также упоминаемый в литературе [1, 3, 5], термин – камера.
    Расширенное толкование и повсеместное использование понятия – камера – в конструктивных схемах печей позволяет упростить и унифицировать их описания. Исходя из этого, любую печь можно представить как некую совокупность: стенок, перегородок, фурнитуры, и различных типов камер, взаимодействующих между собой через окна. При этом взаимное расположение входного и выходного окон камеры можно использовать в качестве определяющей характеристики типа камеры.
В любой печи можно выделить следующие типы камер:
1. Зольная камера (ЗК) — Зольник.
Входным окном ЗК является дверка зольника, а выходным, – под топливника, образуемый колосниками.
2. Топливная камера (ТК) - Топливник.
Входное окно ТК  –  топочная дверка, выходное – хайло. При этом следует подчеркнуть, что нижняя кромка выходного окна должна располагаться выше верхней кромки входного окна.
3. Теплоаккумулирующая камера (ТАК). Соответствует общепринятому термину – колпак. Взаимное расположение входного и выходного окон ТАК подчиняется единственному правилу: плоскость выходного окна ТАК должна располагаться не выше плоскости входного окна.
4. Теплосберегающая камера (ТСК). По конструктивному исполнению близка к теплоаккумулирующей, но функционально отличается тем, что её стенки, выполненные, как правило, из чугуна, не аккумулируют, а свободно пропускают сквозь себя сберегаемое тепло.
5. Интерфейсная камера (ИК). Обычно располагается между другими камерами, играя роль посредника, часто обеспечивающего выполнение функций догорания топочных газов. Входное и выходное окна этой камеры располагаются на ее противоположных сторонах. Примером ИК может служить обычная труба, представляющая собой интерфейс между конвективной системой печи и атмосферой,
6. Варочная камера (ВК) – месторасположение плиты. Конструктивное оформление варочной камеры обычно носит индивидуальный характер.
7. Жаронакопительная камера (ЖНК) - неотъемлемый конструктивный элемент банных печей, где располагают нагреваемые камни для пара.
  Представленный перечень камер остается открытым, и в конкретной конструкции печи возможно использование других типов.
Убедительной иллюстрацией практического применения идей В.Е. Грум-Гржимайло могут служить промышленные котлоагрегаты [1]. Это рассмотрим на примере котлоагрегата ДКВР-10, в монтаже и обмуровке которого автору довелось принимать непосредственное участие.
  Эти котлоагрегаты, серийно производимые на Бийском котельном заводе, используются в различных отраслях промышленности, на транспорте, в коммунальном и сельском хозяйствах (пар потребляется для технологических и отопительно-вентиляционных нужд) и на электростанциях малой мощности. В частности, упомянутый котлоагрегат был установлен в котельной больничного городка ЗИЛ в Царицыно.

Рис. 1  Котлоагрегат ДКВР-10

1. – Горелка.
2. – Выходное окно ТК.
3. – Входное окно ИК.
4. – Выходное окно ИК
5. – Входное окно ТАК.
6. – Верхний барабан.
7. – Топливная камера (ТК).
8. – Интерфейсная камера (ИК).
9. – Теплоаккумулирующая камера (ТАК).
10. – Нижний барабан.

  На рис.1 представлена конструктивная схема котлоагрегата ДКВР-10. В левом нижнем углу топливной камеры находится газовая горелка 1. При работе горелки излучаемое тепло и горючие газы устремляются вверх, нагревая расположенные по периметру топливной камеры 7 водогрейные трубы, именуемые фронтовыми, задними и боковыми экранами [1].
Охлаждаясь, топочные газы опускаются вниз и через выходное окно 2, расположенное в правом нижнем углу топочной камеры, направляются в интерфейсную камеру 8, именуемую камерой догорания [1] и составляющую по объему (10-20)% топливной камеры. Попадая в интерфейсную камеру, топочные газы сразу устремляются вверх, и несгоревшие остатки топлива догорают в свободном пространстве этой камеры.
  Далее через выходное окно 4 горячий поток газов направляется в следующую камеру, заполненную по всему объему пароперегревательными трубами, соединяющими нижний и верхний барабаны, аккумулирующие перегретый пар.
Эта камера, именуемая в специальной литературе [1] как конвективная пароперегревательная камера полностью соответствует по своим функциям упомянутой ранее термоаккумулирующей камере (ТАК).
  Входное окно 5 конвективной пароперегревательной камеры расположено в правом нижнем углу передней стенки камеры, а выходное – в левом нижнем углу задней стенки ниже уровня входного окна.
Выходное окно через горизонтальный канал, именуемый патрубком [1], соединяется с коренной трубой, обеспечивающей функционирование нескольких котлоагрегатов.
  Резюмируя вышеизложенное, можно констатировать, что в котлоагрегатах, которые непосредственно относятся к сфере деятельности академика В.Е. Грум-Гржимайло, используются три типа камер: топочная камера, камера догорания (соответствует интерфейсной камере) и конвективная пароперегревательная камера [1] (у нас – термоаккумулирующая камера).
На рис.2 представлена бесканальная отопительно-варочная печь, сооруженная автором в деревне Бурцево Талдомского района. Боковая стенка топливника, обращенная в гостиную дома, выполнена из жаропрочного стекла, что при горении топлива создает впечатление наличия камина.

Рис. 2. Отопительно-варочная печь.

1. – Боковая стенка топливной камеры;
2. – Дверки варочной камеры;
3. – Труба насадная;
4. – Термоаккумулирующая камера;
5. – Интерфейсная камера;
6. – Прочистная дверка.

  Варочная камера скрыта за дверками со стеклами финской фирмы Pisla. Прозрачные стекла позволяют наблюдать за процессом приготовления пищи, не оказывая влияния на температурный режим, что неизбежно при открытии дверок. Это важно при выпечке и томлении пищи.
  Хайло топливника является входным окном интерфейсной камеры 5, которая выступает над полом на длину кирпича. Ее подом служит чугунная плита, через которую идет тепловое излучение на пол. Поэтому эту камеру можно именовать полосогревающей камерой, обеспечивающей нижний прогрев помещения.
  Выходное окно интерфейсной камеры расположено на линии верхней кромки варочной камеры и является входным окном теплоаккумулирующей камеры 4, занимающей всё пространство над  варочной камерой до верха печи.
Насадная труба 3 размещается в левом заднем углу и начинается от верхней кромки варочной камеры, где также находится и входное окно трубы, конструктивно совмещенное с выходным окном термоаккумулирующей камеры.
В качестве еще одного примера иллюстрации практической реализации идей свободного движения дымовых газов в нагревательных установках различного назначения рассмотрим организацию этого процесса в банных печах, сооруженных автором в упомянутой ранее д. Бурцеве и пос. «Борьба» Дмитровского района (рис. 3).

Рис. 3. Фрагмент банной печи.

1. – топливная камера;
2. – Жаронакопительная камера непрерывного действия;
3. – дверка жаронакопительной камеры периодического действия;
4. – водогрейный бачок.

  Эти печи имеют одинаковую конструкцию, незначительно отличаясь друг от друга размерами. Они являются печами комбинированного типа с двумя жаронакопительными камерами (непрерывного и периодического действия).
  Жаронакопительная камера непрерывного действия 2 располагается непосредственно над топливником. Под этой камеры должен иметь куполообразную форму, выпуклостью вверх. В качестве такого купола использована кухонная чугунная раковина с заваренным сливным отверстием.
  Эта раковина образует теплосберегающую камеру, в которой задерживаются топочные газы, отдавая свою тепловую энергию через чугунные стенки камням жаронакопительной камеры непрерывного действия, расположенными по поверхности камеры.
Выходное окно теплосберегающей камеры совпадает с входным окном интерфейсной камеры. Топочные газы вместе с несгоревшими остатками топлива попадают в интерфейсную камеру, в которой догорают вылетающие искры и осыпаются на под камеры, где размещается прочистная дверка.
  Далее освободившиеся от остатков несгоревшего в топке топлива, горячие дымовые газы попадают в жаронакопительную камеру периодического действия, прогревая находящиеся там камни.
  После этого, проходя через водогрейный бак и нагревая в нем воду, дымовые газы попадают в насадную трубу.
В качестве положительных сторон представленной конструктивной схемы банной печи хотелось бы отметить следующее:
  1) догорание в интерфейсной камере вылетающих из топки остатков топлива исключает оседание их на камнях в жаронакопительной камере периодического действия.
  2) Расположение водогрейного бака на значительном удалении от топки по пути следования дымовых газов позволяют исключить закипание воды и ее испарению в парилку.
  К недостаткам этой конструктивной схемы банной печи следует отнести обусловленный стремлением к минимизации ее габаритов отказ от прямоходового канала, параллельного жаронакопительной камере периодического действия. Это вызывает затруднения при растопке печи, так как движение первых теплых дымовых газов делает неизбежным появление конденсата на стенках трубы водогрейного бака и камнях в жаронакопительной камере периодического действия.
Для устранения конденсата требуется предварительный подогрев газовой горелкой стенок трубы водогрейного бака и камней в жаронакопительной камере периодического действия.
  В заключение хотелось бы отметить, что идеи свободного движения дымовых газов довольно легко и просто реализуются как в промышленных тепловых установках, так и в печах бытового назначения, а конвективные системы во всех приведенных примерах имеют прямоугольные формы. Кроме того, представленные описания конструктивных схем рассматриваемых объектов наглядно иллюстрируют возможность их составления без использования не совсем удачного, с моей точки зрения, термина колпак.
Представление бытовой печи в виде набора фурнитуры и камер (стенки и перегородки вместе с окнами также входят в понятие – камера) позволяет, при определенной стандартизации изделий, организовать серийное производство этих камер. Тогда при появлении на рынке различных типов камер, наряду с привычной фурнитурой, предоставляется возможность автономной сборки из них печей различных конструкций как профессионалам, так и всем желающим самостоятельно смонтировать печь по принципу: «Сделай сам». При этом, организацию консультационных услуг может взять на себя Московская гильдия печников России.

И, наконец, впечатляющий пример транспортабельности ДКВР-10 [1] («гигантского», по сравнению с бытовой печью, сооружения) и наличие на рынке отечественных качественных легковесных огнеупорных материалов делает актуальной постановку задачи создания транспортабельных вариантов бытовых печей.
В этом случае, обеспечиваются условия их установки в строящиеся дома на этапе нулевого цикла, и тогда истинный смысл и возможность реального воплощения приобретает крылатое выражение: «Танцевать от печки».

   Список литературы

1. Александров В.А. «Паровые котлы средней и малой мощности», изд-во «Энергия» Ленинградское отделение, 1972 г.
2. Ковалевский И.И. «Печное дело», изд-во «Трудрезервиздат», Москва, 1958 г.
3. Колеватов В.М. «Печи и камины», изд-во «Диамант. Золотой век», Санкт-Петербург, 1997 г.
4. Подгородников И.С. «Бытовые печи», изд-во «Колос», Москва, 1993 г
5. Школьник А.Е. «Печное отопление малоэтажных зданий, изд-во «Высшая школа», Москва, 1991 г.

Рецензия.

В современной технике проблема терминологии имеет огромное значение. В отраслях поддерживаемых большой наукой она постоянно отслеживается и решается. Это относится и к большой энергетике.
К сожалению в настоящий период в нашей стране малая бытовая энергетика поддерживается лишь эволюционными усилиями энтузиастов.
Автор данной статьи Пищулин Валерий Иванович – человек с многолетним стажем строительства бытовых печей, создавший немало оригинальных конструкций. Будучи кфмн в области информатики, он справедливо и на печи смотрит глазами прогресса, как на блок – схему. Появляется надежда, что будущему конструктору, взявшему в руки унифицированные элементы с понятным современным названием, будет легче создавать конструкции различные по назначению и мощности. А за российские традиции можно не беспокоиться, они всегда будут сильны. 
В добавление к содержанию статьи можно отметить, что несмотря на то, что здесь рассматривается узел, состоящий из объединения простых элементов, который получил название бесканальный, параметры любого участка физической конструкции должны приниматься в абсолютном значении. Нужно учитывать местные гидравлические потери поворотов вокруг верхнего и короткого нижнего горизонтального участка, а также сталактита. Тепловые потери верхнего горизонтального и опускного участка здесь могут приводить к образованию ветви кольца естественной циркуляции, следовательно процессы гидравлики на этих участках нужно рассматривать раздельно  для нестационарного режима и инверсии.
Идеи и вопросы данной статьи весьма актуальны и своевременны.
Гильдия печников рекомендует данную тематику к печати и обсуждению.

Председатель московской гильдии печников                                      инженер Несов С. И.