Расчет печей малой теплоемкости

Для расчета печей малой теплоемкости должны быть даны: размеры отапливаемого помещения и внутренняя и наружная температура, а в случае согревания тою же печью наружного воздуха, вводимого в помещения для целей вентиляции, должен быть дан еще объем вводимого в течение 1 часа воздуха. Расчет состоит в определении размеров отдельных частей печи топочной решетки, поддувального отверстия и сечения дымовой трубы и в определении величины поверхности нагрева печи, то-есть поверхности, передающей тепло в согреваемое помещение.

Если печь служит только для согревания помещения, то для поддержания в нем равномерной температуры, она должна выделять в течение каждого часа такое же количество тепла, какое теряется помещением вследствие охлаждения наружных его поверхностей; это последнее количество тепла для каждой из наружных, ограждающих помещение, поверхностей определится по уравнению имеющему вид:

W₀=FK(T-t)

где F-величина каждой охлаждающейся поверхности;

К-коэффициент;

Т-температура комнатного воздуха;

t-температура внешнего воздуха.

Общее же охлаждение помещения будет:

W₁=(K₁F₁+K₂F₂+K₃F₃)(T-t)+K₄F₄(T-t)+K₅F₅(T-t)

где F₁, F₂ и F₃-поверхности охлаждающихся окон, дверей и стен, F₄ и F₅-поверхности охлаждающихся пола и потолка, К₁ К₂ . . . К₅- соответствующие им всеобщие коэффициенты передачи тепла, t ₁-температура воздуха под охлаждающимся полом (при неотапливаемых замкнутых подвалах или подпольях принимается равною 0°), а t ₂- температура воздуха на чердаке (принимается = -10° С.).

Расчет печи должен быть произведен таким образом, чтобы она удовлетворяла своему назначению даже при самых невыгодных условиях, которые, очевидно, будут соответствовать наинизшей наружной температуре; поэтому при расчете печей малой теплоемкости температура наружного воздуха t принимается равною наинизшей температуре, бывающей в Данной местности (для Петербурга t = - 30° С); что касается комнатной температуры, то она, в зависимости от назначения помещения, берется из таблицы № 10

Определив таким образом количество тепла W₁ выделяемое печью в 1 час, переходят к определению веса топлива Р, которое должно сгорать для этой цели в течение 1 часа в топливнике печи; обозначая количество влаги, имеющейся в топливе, через р и принимая, что вследствие неполноты горения теряется около 10% развивающейся теплоты, получим, что количество теплоты, развившейся .при сгорании Р кг. топлива в топливнике печи, будет:

0,9 Р f (l - р),

где f-теплопроизводительная способность топлива; развившаяся теплота расходуется частью бесполезно на согревание воздуха, служащего для горения и уносимого в дымовую трубу при температуре около 200° С. и на испарение заключающейся в топливе воды, остальная же часть тепла воспринимается печью и выделяется в помещение; поэтому, обозначая через и количество воздуха, практически необходимого для. горения 1 кг. топлива (табл. № 2), получим: 0,9 Р f (l - р) = W₁ + Рu x 0,306 x (200 - Т) + Рр (606,5 + 0,305 x 200), откуда:

P=W₁/ -0,9f(l-p)-0,306u(200-T)-p(606,5+0,305 x 200) кг. где 0,305 объемная удельная теплота 1 куб. м. воздуха.

Далее, обозначая через К  количество килограммов топлива, сгорающее на 1 кв. метре топочной решетки в 1 час, получим, что площадь топочной решетки А₁ должна быть:

A₁=P/K₀ кв. метр.

Великая К₀ для металлических печей может быть принята: при топке дровами 100 кг

при топке торфом 100 кг

при топке каменным углем 50 кг

Топочная решетка служит основанием топливника, что же касается до внутренней высоты его, то она должна быть не меньше толщины слоя топлива h₁, сложенной с высотою пространства над топливом h₂, необходимой для возможно большей полноты горения; высоты h₁ и h₂ для разных сортов топлива если же требуется, чтобы топливо подкладывалось через определенное число часов m, то размеры топливника должны быть таковы, чтобы в нем вмещались Рm кг. топлива; обозначал вес 1 куб. метра топлива через р₀ получим, что внутренний объем части топливника, занятой топливом, должен быть Pm/p₀ а высота топливника Н должна быть:

H=Pm/p₀A₁+h₂ метр.

Площадь поддувального отверстия А₂ должна быть такова, чтобы через него поступало все, необходимое для горения топлива количество воздуха; обозначая через скорость движения воздуха через поддувальное отверстие в 1 секунду, получим:

Pu=A₂v x 3600, откуда:

A₂=Pu/3600v кв.метр.

На основании практических данных скорость v принимается равною 1,25 метр. в секунду.

Наконец площадь сечения дымовой трубы принимается равною площади поддувального отверстия.

Что касается до определения величины поверхности нагрева, то здесь, при печах, не снабженных кожухом, мы имеем случай передачи тепла через стенки печи от движущихся продуктов горения, температура которых уменьшается по мере их движения, к воздуху помещения, температура которого может быть принята постоянною на протяжении всей поверхности печи; поэтому, на основании уравнения , будем иметь:

W₁=FK(T₁-T₂) / (T₁-T)/(T₂-T)

F - искомая поверхность нагрева:

Т₁ - температура продуктов горения у начала дымооборотов, то-есть температура развивающаяся в топливнике; для разных сортов топлива;

Т₂-температура продуктов горения при выходе из дымооборотов в дымовую трубу, принимаемая равною 200° С.;

Т - комнатная температура;

К - зависит от материала, из которого сделаны стенки дымооборотов и определяется по формуле.

Если печь снабжена кожухом, в которой вводится комнатный воздух (черт. 110), то теплота передается от поверхности печи воздуху, температура которого, по мере прохождения около поверхности печи, также изменяется, но сравнительно незначительно; поэтому, обозначая через Т₀-температуру этого воздуха при выходе из кожуха, можно принять, что воздух имеет среднюю температуру между Т₀ и Т, то-есть T₀+T/2 ; следовательно для определения поверхности нагрева печи в этом случае надо вставить вместо Т-вышеуказанную среднюю температуру Т₀+Т/2

Величина Т₀ принимается не более 60° С., так как при более высокой температуре возможно начало разложения органической пыли носящейся в воздухе, сопровождаемое порчею воздуха.

При применении кожуха необходимо еще определить размеры отверстий в нем, через которые должен входить и выходить комнатный воздух; количество этого воздуха должно быть таково, чтобы смешавшись с комнатным воздухом и охладившись при этом до температуры Т, он мог бы передать помещению в течение часа все количество тепла W₁ поэтому объем его L должен быть:

L=W₁/0,306(60-T) куб. м.

Обозначая скорость движения воздуха при прохождении через вышеуказанные отверстия - через ?₁ получим, что площадь их должна быть:

A₃=L/v₁ x 3600 кв. метр.

Скорость принимается: для нижних (обратных) отверстий = =0,9 метр. в сек., а для верхних (жаровых) отверстий = 0,6 м. в сек.

Наконец, если печь служит и для согревания наружного вводимого в помещение воздуха в объеме L₁ куб. м. в 1 час, то количество тепла, необходимое для согревания этого воздуха до комнатной температуры, будет:

W₂=L₁ x 0,306 x (T-t) ед.т.

Общий же расход тепла, на который должны быть рассчитаны. части печи, будет:

W=W₁+W₂ ед.т.

Расчет ведется по тем же формулам, с заменою в них W1-величиною W; далее, температура воздуха, выходящего из кожуха печи, будет:

T₃=W₁/0,306L₁+T

почему, при определении поверхности нагрева печи средняя температура воздуха в пространстве между кожухом и печью должна быть принята равною T₃+t / 2'

Что касается до воздухоприводного отверстия, через которое наружный воздух поступает в вышеуказанное пространство, то площадь его будет:

A¹3=L₁/v₁3600 кв.м.

Площадь жаровых отверстий по предыдущему будет:

Aⁿ3=L₁/v₂3600 кв.м.

где ?₂ = 0,6 метр. в сек.

Вышеуказанный подробный расчет применяется главным образом в тех случаях, когда требуется определить размеры вновь проектируемого типа металлической печи; если же требуется выбрать один из существующих продажных типов, то расчет ограничивается лишь определением поверхности нагрева; обозначая через n₀ количество тепла, выделяемое в 1 час одним кв. метром этой поверхности, получим, что вся поверхность печи F должна быть:

F=W / n₀ кв.м.

Значение величины n₀ для разных случаев дано в табл. при пользовании этой таблицей для расчета реберных печей следует иметь лишь в виду, что в таблице n₀ дано не для поверхности ребер, а для проекции этих ребер на гладкую поверхность печи. Получив по формуле поверхность печи, задаются периметром её и получают высоту печи, что и дает возможность выбрать один из существующих продажных типов печей; в последних размеры отдельных частей их уже рассчитаны в зависимости от поверхности нагрева.