Теплоаккумуляция и теплоотдача печей - Тепловые процессы, происходящие в печах

Стенки топливника и дымоходов, получив тепло от сожженного топлива, накапливают и передают его через толщу своего массива наружным поверхностям печи. Чем тоньше стенки, тем скорее через них передается тепло. Толстостенными называются печи с наружными стенками толщиной 120 мм и более; тонкости пни ми - печи со стенками топливника толщиной 120 мм и прочими стенками толщиной до 70 мм.

Наружные поверхности тонкостенных кирпичных печей (в 1/4 кирпича - каркасные или в футляре) начинают прогреваться уже через 20-30 мин после растопки печи, наружные поверхности толстостенных печей (толщина стенок от 1/2 кирпича и более) только через 1-1,5 ч. Продолжительность теплоотдачи небольших тонко стенных кирпичных печей не превышает 10-12 ч, в то время как теплоотдача больших массивных печей может продолжаться 24 ч и больше.

Средняя температура внутренней облучаемой поверхности топливника составляет 450-600°С. Внутренние стенки дымоходов нагреваются до 230-350°С. Средняя суточная температура на наружной теплоотдающей поверхности толстостенных оштукатуренных печей равна 55-60°С при максимальной температуре этой поверхности в отдельных точках до 90°С. Средняя суточная температура наружной поверхности тонкостенных печей при двухразовой их топке в сутки составляет 60-70°С, а максимальная (на короткий промежуток времени) может достигать 120°С. Наибольшая температура на поверхности толстостенных печей обычно бывает через 2,5-3 ч после ее растопки, у тонкостенных печей - через 1,5-2 ч. Затем температура наружных поверхностей постепенно снижается. Таким образом, теплоотдача печи в период между двумя топками происходит за счет тепла, аккумулированного печным массивом во время топки печи. Это количество тепла тем больше, чем больше массив печи и выше температура, до которой он был разогрет.

Свойство печи поглощать и накапливать тепло во время топки и постепенно отдавать его помещению в последующие часы называют Аккумулирующей способностью печи.

Количество тепла, аккумулированного печью за время топки, определяют по формуле:

QАкк=VгcДt,

Где QАкк - количество тепла, аккумулированного печью, ккал;

V - объем прогреваемой кладки печи, м3;

Г - объемная масса кладки печи (масса 1 м3 в кг), кг/м3;

С - удельная теплоемкость материала, из которого выполнена печь, т. е. количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы 1 кг материала нагреть на 1°С; для кирпичных печей с=0,21 ккал/кг-град;

Дt - разность между средней температурой массива печи перед топкой и его средней температурой после топки, град.

Пример. Объем кирпичной печи равен 1 м3, объемная масса просушенной кладки печи, включая пустоты - 1600 кг/м3; начальная температура кладки печи 40°С. Конечная (максимальная) температура массива печи, отнесенная ко всему массиву в целом 150°С. Определить количество тепла, аккумулированного печью за время топки. Количество тепла, аккумулированного печью за время топки, равно:

QАкк=VгcДt=1-1600-0,21(150-40)=36960 ккал

Теплоотдающей поверхностью печи считается: находящаяся в пределах активной высоты Активная высота печи - это расстояние по вертикали от колосниковой решетки или от дна нижнего дымохода до верхней плоскости перекрыши при толщине перекрыши до 140 мм или до нижней плоскости перекрыши при толщине перекрыши более 140 мм. печи поверхность стенок печи, омываемая с одной стороны воздухом, а с другой омываемая дымовыми газами или соприкасающаяся с горящим топливом; перекрыша Перекрыша печи - верхняя горизонтальная стенка, перекрывающая печь. при высоте печи не более 2,1 м; поверхность стенок воздухонагревательных камер.

Тепло от нагретых теплоотдающих поверхностей печи передается окружающему воздуху и предметам следующими способами:

Прямым лучеиспусканием, когда тепловые лучи, исходящие от печи, пронизывают окружающий воздух и попадают на окружающие предметы с более низкой температурой, чем поверхности печи;

Соприкосновением движущегося около печи воздуха с ее нагретыми стенками. Воздух, соприкасаясь непосредственно со стенками печи, нагревается, становится легче и поднимается вверх. Его место занимают соседние нижележащие слои и, таким образом, около разогретой печи создается постоянное движение воздуха.

Полное количество тепла, отдаваемого печью в помещение, равно сумме количеств тепла, переданного первым и вторым способами. Оно находится в прямой зависимости от степени разогрева ее теплоотдающих поверхностей и прямо пропорционально разности температур этих поверхностей и окружающего воздуха и предметов.

Однако теплоотдача печи в течение суток происходит неравномерно. Как было указано выше, максимальные температуры на поверхности печи с периодической топкой наблюдаются у толстостенных печей через 2,5-3 ч после растопки, а тонкостенных - через 1,5-2 ч. В этот момент печь выделяет максимальное количество тепла, превышающее то среднее количество, на которое ее рассчитывали, исходя из теплопотерь помещения. Этот избыток тепла частично поглощается массивом наружных ограждений: стен, пола, потолка и комнатной обстановки.

На короткий промежуток времени температура комнатного воздуха становится несколько выше расчетной внутренней температуры помещения (для жилых комнат 18°С). Затем массив печи постепенно остывает, после чего наступает короткий период установившегося теплового состояния, когда печь выделяет в час ровно столько тепла, сколько его расходуется через наружные ограждения. В этот период все предметы, получившие ранее запас тепла, сохраняют его неизменным. Наконец, наступает третий период, когда остывающая печь выделяет тепла меньше, чем это требуется для поддержания в помещении нормальной температуры. Температура воздуха в помещении начинает понижаться, тогда все предметы, обладающие более высокой температурой и, следовательно, некоторым запасом тепла, начинают отдавать его окружающему воздуху, за счет чего температура помещения выравнивается.

Таким образом, несмотря на неравномерность отдачи тепла поверхностями печи достигается некоторое выравнивание комнатной температуры во время перерыва между топками. При применении толстостенных печей отмеченное колебание температур в помещении бывает меньше, чем при применении тонкостенных. При печном отоплении колебания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений не должны превышать ±3°С в течение суток.

Теплоотдачу печи измеряют в килокалориях, выделенных за 1 ч. Теплоотдача печи зависит от количества сожженного в ней топлива и может меняться в широких пределах. Наиболее часто (в соответствии с теплопотерями помещения) применяют печи с теплоотдачей от 750 до 4000 ккал/ч при двух топках в сутки. За нормальную теплоотдачу печи принимают среднее количество тепла, которое выделяется печью в течение 1 ч при двух топках в сутки.

Двукратная топка печи в сутки - утром и вечером - это режим, который обеспечивает наиболее рациональное и выгодное использование массива печи. При средних зимних температурах наружного воздуха, наиболее часто повторяющихся в отопительный период, осуществляется нормальная одноразовая топка печи. При пониженных наружных температурах печь топят два раза в сутки с некоторым увеличением общего количества топлива, чем при одноразовой топке. В более теплые зимние дни достаточно протопить печь один раз в сутки, закладывая при этом меньшее количество топлива.

При соблюдении указанных режимов можно не строить массивных печей, которые необходимы для обогрева помещения при одноразовой топке, а пользоваться менее громоздкими печами, но топить их два раза в сутки. При этом объем, стоимость печи и полезная площадь, занимаемая ею, уменьшается, а работа печи протекает при более высоком коэффициенте полезного действия.

Ниже приведен средний коэффициент теплоотдачи печей в зависимости от их конструкции.

Печи

Средний коэффициент теплоотдачи, ккал/м2-ч

Толстостенные, в штукатурке или в металлическом футляре

400-500

Толстостенные изразцовые

500-600

Тонкостенные массой 1000 кг и более

500-600

Тонкостенные массой до 1000 кг

450-550

Часовая теплоотдача 1 м 2 перекрыши печи при высоте печи 2,1 м и менее составляет в среднем 50% от часовой теплоотдачи 1 м 2 стенок. Теплоотдача стенки печи в отступке, открытой с обеих сторон, принимается равной 75% от теплоотдачи открытой стенки при ширине отступки от 70 до 130 мм. При отступках шириной более 130 мм теплоотдача принимается та же, что и для открытых поверхностей печей.

Пример. Поверхность теплоотдачи боковых стенок печи равна 7 м2. Поверхность перекрыши - 0,8 м2. Требуется определить полную теплоотдачу печи, приняв средний коэффициент теплоотдачи стенок равным 400 ккал/м2-ч, а перекрыши - 400-0,5=200 ккал/м2-ч.

Полная теплоотдача печи за 1 ч равна:

400-7+200-0,8=2800+160=2960 ккал/ч.

Похожие статьи




Теплоаккумуляция и теплоотдача печей - Тепловые процессы, происходящие в печах

Предыдущая | Следующая