Самотечная вентиляция с аккумулирующей печью

В этой статье я описываю старую, простую и определенно устаревшую систему вентиляции жилых помещений, которая в зимнее время являлась неотъемлемой частью обогрева здания печными или аккумулирующими печами.

Хотя я далеко не специалист в истории строительства или истории вентиляции, за свою карьеру печника я имел возможность хорошенько рассмотреть с десяток старых, довоенных односемейных домов из разных областей Беларуси.

Делая обследования этих построек на предмет возможности устройства накопительных печей, я заметил, что у многих из них либо их не было вовсе, либо имелся только один вентиляционный канал с одним входным отверстием, расположенным под потолком на кухне. Этот вход чаще всего оснащался регулируемой задвижкой с возможностью герметичного закрытия. Скорее всего, его открыли только тогда, когда на кухне стало слишком душно во время интенсивного приготовления пищи. Количество всех остальных дымоходов в точности соответствовало количеству печей, функционировавших или первоначально функционировавших в этих постройках. Это были дымовые каналы.

Каждый из этих домов был оборудован кухонным стержнем и одной или двумя отопительными печами. В случае системы с двумя накопительными печами кухонный очаг располагался в центральной части дома, а накопительные – в правом и левом крыле соответственно.

Как же тогда осуществлялась вентиляция жилых помещений, поскольку в зданиях не было известных нам сегодня вентиляционных каналов или приточных форточек? Ответ прост. Летом и в более теплые осенние и весенние дни жители просто открывали или открывали окна и двери, делая меньшие или большие сквозняки. Зимой, однако, печи становились движущей силой вентиляционной системы, эффективно поглощая большое количество воздуха, тем самым форсируя приток свежего воздуха снаружи. Теперь давайте посмотрим на механику этих воздушных потоков.

Кислород, как известно, является важным компонентом в реакциях горения всех видов топлива. Воздух, с другой стороны, является повсеместным источником кислорода (почти 21% объема воздуха составляет кислород). Для сжигания одного килограмма дров необходимо от 7 до 9 м3 воздуха ( в зависимости от породы древесины, степени ее влажности и фрагментации). Например, в накопительном обогревателе среднего размера за час можно сжечь от 6 до 10 кг дров. Таким образом, топка такой печи поглощает от 42 до 90 м 3 воздуха в час. Это означает, что за один час работы печи должно замениться то количество воздуха, которым можно заполнить помещение площадью от 16 до 23 м 2 .(при условии, что высота комнаты 260 см). Если под накопительной печи работает от 2 до 3 часов в 24-часовом цикле, то это означает, что при работе одной печи топка поглощает такое количество воздуха, которое может заполнить помещение размером от 32 до 69 м 2 .

Воздух всегда стремится уравнять разницу давлений. Так как топка поглощает воздух изнутри квартиры, который затем выходит через дымоход в виде дымовых газов в атмосферу, значит должен быть приток воздуха извне параллельно квартире. Проследим теперь возможные пути этого притока.

По закону Бернулли воздух всегда следует по пути наименьшего сопротивления. Если окна негерметичны или открыты, воздух будет проходить через щели в окнах. Однако это не лучшее решение для теплового комфорта, ведь зимой такой воздух прямо со двора просто холодный. Возле окон вы почувствуете более-менее явный ветерок прохлады, падающий в сторону пола (холодный воздух плотнее и тяжелее, поэтому падает вниз).

Однако есть простой способ значительно подогреть поступающий снаружи воздух. Достаточно качественно загерметизировать все ставни и двери. И это то, что было сделано. Не только уплотнялись круглогодичные оконные створки, но и специально на зиму в ставни вставлялись дополнительные, так называемые «зимние створки». Деревянные ставни также были тщательно окрашены масляной краской, что, кроме эстетической ценности, еще и значительно перекрывало «дышащий» эффект ставней. Вскрытие окон и демонтаж зимних створок производились только после окончания отопительного сезона.

Если окна и двери были хорошо загерметизированы, а наружные стены были «дышащими» (например, кирпичными, деревянными, глиняными), то воздух просто вынужден был проходить через все поверхности наружных перегородок, т.е. через стены, потолок, а иногда и также через пол (если это был пол из досок, уложенных на деревянные перекрытия).

Поскольку печи-аккумуляторы использовались ежедневно, внутренняя часть стен дома постоянно нагревалась за счет излучения печи и конвекции. Тепло проникло в стены. Прохладный воздух медленно протискивался сквозь наружные стены, а потолок мягко и постепенно прогревался. Таким образом, можно сказать, что накопительная печь в сочетании с воздухопроницаемыми наружными стенами дома и герметичными окнами создавала эффект вентиляции с рекуперацией тепла.

Поскольку воздух внутри квартиры засасывался очагом, он участвовал в реакции горения и создавал тепловую энергию, которая нагревала не только квартиру, но и свежий воздух, проходящий через стены. Таким образом, это определенно вентиляция с рекуперацией тепла и без какой-либо специальной механики.

Теперь рассмотрим возможности регулирования этой вентиляционной системы спецификой эксплуатации и использования накопительной печи.

Накопительные печи характеризовались (и остаются) работой в двух чередующихся циклах. Работа печи в первом цикле заключалась в подпитке аккумулирующей массы печи теплом за счет сжигания топлива в топке. Работа печи во втором цикле заключалась в медленном сбросе запасенной тепловой энергии и передаче ее в жилое помещение.

В пределах суточного диапазона цикл копчения длился в среднем от 2 до 4 часов. Остальные 20-22 часа были циклом сброса тепла, накопленного в аккумулирующей массе печи.

В штатно работающей печи-накопителе через 60-120 минут правильного горения (в зависимости от толщины стенок и веса топки) стенки-накопители были уже полностью заряжены теплом, поэтому дальнейшее сжигание топлива не переводилось напрямую в эффект зарядки массы хранения энергией, потому что эта масса больше не могла поглощать тепло. Поэтому более длительное горение в печи было равносильно трате топлива или выбросу тепловой энергии через дымоход.

Так вот, когда печь как следует протопилась и огонь в топке погас сам собой, все входы воздуха в топку были наглухо закрыты. Затем начинался второй, гораздо более длительный цикл работы печи, заключающийся в пассивной передаче тепла от аккумулирующей массы к отапливаемым помещениям. Эта фаза продолжалась следующие 8, 12, 16 или 22 часа, в зависимости от аккумулирующей способности печи и потребности дома в отоплении в конкретный день отопительного сезона.

Вхождение накопительной печи во второй цикл работы могло иметь разные последствия для описываемой системы вентиляции в зависимости от типа и конструкции печи.

Одни конструкции печи, вступая во второй цикл своей работы, давали возможность дополнительной вентиляции, а другие значительно снижали интенсивность ее работы.

Хотя в первой половине ХХ века существовало множество типов конструкции аккумулирующих печей и их топок, с точки зрения эффективности обогрева и проходимости вентиляции во втором цикле работы печи ключевое значение имело конструкция печи была герметичной, т.е. бронированной, или безбронной, то есть воздухопроницаемой. Все остальные конструктивные и конструктивные отличия печей (канальные, камерные, изразцовые, кирпичные, с той или иной топкой) не оказывали существенного влияния ни на теплоотдачу накопительной массой, ни на производительность вентиляции. Поэтому в последующем описании мы остановимся только на конструктивном элементе печной брони, либо на его отсутствии.

После того, как топка потушена и воздухозаборники плотно закрыты, кирпичный дымоход все еще горячий и все еще создает отрицательное давление, известное в народе как тяга. Если печь воздухопроницаемая, дымоход будет заставлять воздух проходить через всю поверхность стенок печи изнутри квартиры к печи и в дымоход. Это является синонимом продолжения вентиляции, но также включает в себя охлаждение накопительной массы печи и отправку тепловой энергии через дымоход в атмосферу.

Если печь была бронированной, т.е. герметичной (броня могла быть изготовлена ​​из стального листа или нанесена на поверхность стен печи в виде масляной краски), то стены печи были непроницаемы для воздуха, в процессе вентиляции не участвовали и не остыл. Накопительная масса печи отдавала все накопленное тепло только жилым помещениям. Такая печь была определенно более энергоэффективной. По расчетам инженеров, она могла оставить в квартире около 20% тепловой энергии, которая в случае с дышащей печью при тех же параметрах направлялась бы через дымоходную вентиляцию в атмосферу.

Однако использование бронированной печи не означало, что вентиляция в доме перестала работать на второй фазе работы печи. Она продолжала идти. Помните, что в дымоходе все время отрицательное давление, и кирпичи, из которых состоит дымоход, тоже дышат. Таким образом, воздух нагнетается в дымоход непосредственно через всю поверхность его воздухопроницаемых стенок. Для того, чтобы этот вид вентиляции был полностью закрытым, помимо бронированной печи, в жилом помещении необходимо было бы также бронировать дымоход по всей его высоте. Однако в первой половине 20 века это не практиковалось.

Теперь перейдем к сегодняшнему дню и на минутку задумаемся не только о возможности использования такой двойной системы отопления и вентиляции, но и о возможности ее улучшения с использованием современных материалов.

Дышащие стены дома — это не проблема. Мы можем изготовить их по любой, как старой, так и современной технологии. Хорошая изоляция также может быть воздухопроницаемой. Плотные окна являются стандартными. Герметичный, «бронированный» стальной дымоход также находится в пределах легкой досягаемости и прост в установке. Осталось только обшить домик и соорудить накопительную печь. Он тоже должен быть бронирован, но не полностью. Пусть это будет печь с камерным строением, бронированная с ⅕ высоты до самого верха. Так как соединение камерной печи с дымоходом находится в самом низу, пусть эта ⅕ высоты печи дышит и пускает участников проветривания. Пусть остальная высота топки защищена броней от проветривания и охлаждения. Горячий и восходящий воздух будет обездвижен и закрыт внутри герметичной камеры.

Добавить комментарий