Расчет печей большой теплоемкости

Как и при печах малой теплоемкости расчет начинается с определения количества тепла, которое печь должна выделять в течение каждого часа; расход этот равен часовому охлаждению тех помещений, которые отапливаются данною печью, сложенному с расходом тепла на согревание наружного воздуха, если таковой вводится через камеру печи.

Следовательно в общем случае часовой расход печи будет:

W=W₁+W₂=(F₁K₁+F₂K₂+F₃K₃)(T-t)+F₄K₄(T-t)+F₅K₅(T-t)+L₁ x 0,306(T-t)

где L₁ -объем наружного воздуха, проходящего через камеру печи в 1 час, значение же остальных букв то же , какое принято при расчете печей малой теплоемкости. В частном случае, когда печь служит только для отопления, L₁ а следовательно и W₂, равны нулю.

Здесь следует заметить, что при расчете печей большой теплоемкости, нормальная продолжительность топки которых принимается лишь от 2 до 3 часов в сутки, наружная температура t может быть принята более высокою, чем при расчете печей малой теплоемкости, на основании нижеследующих соображений. По данным метеорологических наблюдений наинизшая наружная температура бывает в каждом месте сравнительно не долго, продолжаясь не более суток и не производя особенно заметного влияния на температуру помещения, так как последняя регулируется при этом теплоемкостью стен и обстановки его, в общем весьма значительною на температуру же помещений оказывает заметное влияние лишь такая низкая зимняя температура, которая продолжатся в данной местности не менее трех суток подряд, в виду чего эта температура должна иметь влияние и на определение размера печей. Печи большой теплоемкости должны топиться с определенным промежутком между топками, при чем, для упрощения ухода за ними, желательно, чтобы топка их производилась не более одного раза в сутки, продолжаясь от 2 до 3 часов; чем больше будет эта продолжительность топки, тем сильнее будет прогреваться печь и тем большее количество тепла оно сможет выделять в помещение в течение каждого часа; таким образом большею или меньшею продолжительностью топки печей большой теплоемкости можно увеличивать или уменьшать количество выделяемой ими в 1 час теплоты (что нельзя сделать при печах малой теплоемкости). Следовательно, не усложняя особенно ухода, можно принять, что в исключительных случаях, когда бывает наинизшая наружная температура, печь будет топиться более продолжительное время, или же топка её будет производиться два раза в сутки; в то же время при низшей температуре, продолжающейся в течение трех суток подряд и влияющей заметно на температуру помещения, печь должна согревать последнее при нормальной топке, то-есть при топке 1 раз в сутки продолжительностью от 2 до 3 часов. В виду этого печи большой теплоемкости рассчитываются на такую низшую наружную температуру, которая бывает в данной местности в течение трех зимних дней подряд (для Петербурга t=-15° С.), при чем конечно размеры печи получатся меньше, нежели при расчете на исключительную наинизшую температуру.

Во многих случаях весь расчет может ограничиться вышеприведенным определением расхода тепла, по которому воз можно выбрать одну из чаще применяющихся печей подходящего размера; для этой цели составлена таблица № 12, в которой указаны наиболее употребляющиеся типы печей большой теплоемкости, их наружные размеры, площади топочных решеток и, для печей, имеющих камеры, площади отверстий жаровых, обратных и воздухоприводных. Определив следовательно расход тепла, выбирают по таблице подходящую печь с ближайшим большим расходом тепла, чем и оканчивается весь расчет.

Если же требуется произвести подробный расчет, то, по определении расхода тепла, дальнейший расчет ведется в том же порядке, как и для печей малой теплоемкости, с тою лишь разницею, что для определения количества топлива, которое должно сжигаться в течение часа в топливнике печи, здесь приходится еще принимать во внимание продолжительность топки и продолжительность промежутка между топками; обозначая число часов топки через m, а промежутка между топками через n, получим, что в течение топки и промежутка печь должна получить от продуктов горения W(m+n) ед. тепла, а в 1 час топки:

W₀=W(m+n) / m ед.т.

Количество топлива, которое должно быть сжигаемое для этой цели в 1 час, может быть определено по ур. (44), в котором вместо W₁ должно быть поставлено W₀; если же известен коэффициент полезного действия рассчитываемого типа печей, то искомый часовой расход топлива Р может быть определен по уравнению:

P=W₀/pf кг.

где f-теплопроизводительная способность топлива, а p-коэффициент полезного действия печи; последний для печей с глухим подом может быть принят равным от 0,30 до 0,40, для печей с горизонтальной решеткой от 0,50 до 0,60 и для печей с топливником Лукашевича от 0,70 до 0,80.

Площадь топочной решетки А, будет:

A₁=P/k₀ кв.метр.

k₀ -количество топлива, сгорающее на 1 кв. метре топочной решетки в I час, при печах большой теплоемкости принимается равным:

при топке дровами 120 кг

при топке торфом 120

при топке каменным углем 100

Внутренние размеры топливника принимаются такими, чтобы в нем могло бы сразу поместиться все количество топлива, сжигаемое в одну топку, то-есть Рm кг. топлива; обозначая вес 1 куб. метра топлива через р₀, получим, что объем всего топлива будет:

L₂=Pm/p₀ куб. м.

В зависимости от площади решетки и объема топлива определяют длину, ширину и высоту нижней части топливника, занятой топливом, добавив же к полученной высоте, высоту пространства над топливом, определяемую по таблице, помещенной на стр. 36, получают всю высоту топливника; наконец, добавляя к длине и, ширине топливника по 6 вершков на стенки, получают наружное очертание печи.

Площадь поддувального отверстия А₂ будет:

A₂= Pu / 1,25 x 3600 кв.м.

здесь u-практически необходимое для горения количество воздуха, определяемое по таблице, а 1,25-скорость движения воздуха в метрах.

Сечение дымовой трубы должно быть не менее А₂; точные размеры его определяются в зависимости от размеров кирпича и принимаются равными 3x6, 4.1/2 x 6 или 6 x 6 кв. вершков.

Что касается до поверхности нагрева печи, то определение её на основании той же формулы, которая была применена при печах малой теплоемкости, не даст уже достаточно точного результата в виду того, что явления, происходящие при передаче тепла от продуктов горения к воздуху помещения через стенки печей большой теплоемкости, не соответствуют тем условиям, при которых было выведено вышеуказанное уравнение; последнее было выведено при условии установившейся передачи тепла, при которой через каждую точку поверхности дымооборотов передается постоянно одно и то же количество тепла от продуктов горения к воздуху помещения; при периодической же топке и при большой теплоемкости материала, из которого устроена печь, часть теплоты, заключающейся в продуктах горения, идет во время топки на постепенное согревание стенок печи и лишь остальная часть передается во время топки в помещение, с другой же стороны приобретенная стенками теплота выделяется ими и после прекращения топливо все время промежутка между топками; явления, происходящие при этом, гораздо сложнее, чем те, которые соответствуют установившейся передаче тепла, и не исследованы еще достаточно точно. В виду этого поверхность нагрева печей большой теплоемкости рассчитывают обыкновенно на основании данных, добытых путем опыта и представляющих собою среднее количество тепла, выделяемое в 1 час одним квадратным метром разного рода поверхностей нагрева печей большой теплоемкости в течение топки и промежутка; принимая, что это количество равно n₀ ед. тепла, получим, что вся поверхность нагрева F должна быть:

F = W / n₀ кв.метр.

очевидно, что поверхность нагрева должна быть рассчитана не на W₀ ед. тепла, а на W ед. тепла, то-есть на часовой расход печи; что касается до n₀, то величина её принимается:

1) при печах, сложенных в железных футлярах или оштукатуренных:

а) с наружных поверхностей 220-250 ед. т.

б) с поверхностей, обращенных в камеру 200

2) при изразчатых печах

а) с наружных поверхностей 155-175

б) с поверхностей, обращенных в камеру 200

Если печь назначена для согревания наружного вводимого в помещение воздуха, то поверхность нагрева, выходящая в камеру печи, должна быть такова, чтобы воздух согревался в камере до температуры не ниже комнатной для предупреждения неприятного тока недостаточно согретого воздуха, выходящего из жаровых душников; в виду этого поверхность нагрева, выходящая в камеру, должна удовлетворять следующему условию:

F₀>0,306L₁(T-t)/n₀

Площадь воздухоприводного и жаровых отверстий определяется из уравнения;

A=L₁/v * 3600

где v-скорость движения воздуха принимается для воздухоприводного отверстия равною 0,9 метра, а для жаровых 0,6 метра в секунду.

Наконец, если печь не служит для согревания наружного воздуха, но тем не менее имеет камеру, сообщающуюся с комнатным воздухом, то необходимо еще определить площадь обратных и жаровых отверстий. Обозначая величину поверхности нагрева, выходящую в камеру, через F _n , получим, что количество тепла, передаваемое воздуху в камере, будет:

W₃=F_n * n₀ ед. т.

предполагая согревать воздух в камере на 40° выше комнатной температуры, получим, что объем протекающего через камеру в 1 час воздуха должен быть:

L₃= W₃ /0,306 x 40 кв. метр.

тогда площадь обратных отверстий, рассчитанная на скорость в 0,9 метра в секунду, будет A₄= L₃ / 0,9 x 3600 кв. метр.

площадь жаровых отверстий, по предыдущему будет:

A₅=L₃ / 0,6 x 3600 кв. метр.