Stavba ťažkej akumulačnej pece na drevo

PrílohaVeľkosť
pec.png140.35 KB
PriruckaNaStavbuTazkejAkumulacnejPeceNaDrevo.pdf452.83 KB
TepelneVypocty.ods123.04 KB

1. Úvod

Príručka vznikla z dôvodu, že na Slovensku ani v Čechách neexistovali informácie pre stavbu akumulačnej pece na drevo. Týmto chceme poďakovať pánovi Šímovi, ktorý asi ako prvý zverejnil informácie na http://elektro.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=102647 , bez ktorých by neexistovala táto príručka.

Týmto vyzývame ľudí, aby sa zapojili do tvorby príručky. Príručku je možné v súlade s licenciou voľne kopírovať a upravovať - je voľne šíriteľná. Ak máte otázky, kontaktujte správcu. Príručka by mala byť stručná, aby čitatelia nemuseli prechádzať množstvom textu.

Licencia:

Táto príručka tvorí jeden celok. Príručku môže ktokoľvek používať, dopĺňať, šíriť, či knižne vydať. Doplnené informácie do príručky tiež spadajú pod túto licenciu. Používaním, dopĺňaním alebo šírením tejto príručky dávate súhlas s touto licenciou.

2. Účel pece

  1. Vysoko efektívne ( až 80% ) vykurovanie ekologickým palivom - drevom.
  2. Nepriamy (vymenníkový) ohrev vody v bojleri, prípadne vykurovanie malej vzdialenejšej miestnosti.
  3. Vykurovanie zdravším sálavým teplom s možnosťou vyhrievania sa pri peci, nevíri a nespaľuje prach miestnosti.
  4. Estetický doplnok interiéru. Možno sa umelecky realizovať.

Akumulačná pec je pre Vás vhodná ak máte:

  1. palivové drevo za prijateľnú cenu
  2. priestor na skladovanie dreva (zväčša 2-ročnej spotreby)
  3. chuť a čas na prácu s drevom, najmä na nakladanie každý deň v 8 až 12 hodinových intervaloch
  4. komín
  5. dostatok priestoru a dostatočnú nosnosť podlahy (cca. 800 kg/m2) v mieste pece
  6. záložný spôsob kúrenia, alebo osobu ktorá Vás v kúrení počas choroby a dovolenky zastúpi

3. Spaľovanie dreva

Sušenie dreva

Doba sušenia je minimálne 1 rok, ideálne 2-3 roky. Po 1 roku má drevo 30 %, po dvoch rokoch 20 % vody. Čím je drevo tenšie, tým schne rýchlejšie. Suší sa voľne poukladané na kopu pod strieškou, alebo zvrchu niečím prykryté. Ukladá sa metrovica, nahrubo naštiepané polená, narezaná guľatina na dĺžku budúcich polien, porezané odrezky z píly. Dokonale suché drevo má výhrevnosť 18 MJ/kg = 5 kWh/kg.

Čerstvo porúbané drevo obsahuje 50 % vody. Na odparenie 1 kg vody treba 0,6 kWh energie. Pri spaľovaní surového dreva sa energia spotrebuje na odparenie vody a horenie nie je dokonalé, prípadne drevo nehorí vôbec. Spaľovať surové drevo je ekonomický a ekologický nezmysel.

Ideálne podmienky na horenie

Každé palivo má svoje ideálne podmienky na horenie - teplotu, rýchlosť, množstvo vzduchu, miesto privádzania vzduchu. Drevo horí dokonale ak horí rýchlo, pri teplote asi 1000 C, s dostatočným prívodom vzduchu nad kopou dreva. Uhlie horí pomaly a je dobré privádzať vzduch do kôpky uhlia. Uhlie sa spaľuje na rošte alebo sa doňho fúka vzduch. Drevo je dobré spaľovať bez roštu, aby privádzaný vzduch neochladzoval ohnisko. Na dosiahnutie vysokej teploty pri spaľovaní 10-ok kilogramov dreva je dobré ohnisko izolovať, napríklad postavením ohniska zo šamotu.

Pri teplote nad 700 C sa drevo splyňuje, premieňa na drevoplyn, to je CO + H2. Tento plyn horí nad kopou dreva spolu s privádzaným vzduchom. Preto sa v ohnisku privádza vzduch cez malé otvory nad drevo. Ukážka spaľovania drevoplynu vo variči na drevo: http://www.youtube.com/watch?v=pyofhLYYVC8 . Po zapálení dreva sa vzduch privádza zdola. Zhora sa začne privádzať až po nahriatí ohniska, kedy vzniká drevoplyn.

Pri nízkych teplotách v ohnisku je účinnosť výrazne nižšia. Časť paliva nezhorí, pretože v ohnisku znikajú dlhé uhľovodíky - sadze. Zvyšuje sa aj komínová strata, pretože na prevádzku komína treba určitú teplotu a toto teplo nemožno uložiť v dome. Ohnisko výrazne ochladzuje vodný výmenník v ohnisku - had alebo nádrž na vodu. Zlé podmienky na horenie sú na začiatku aj v chladnom šamotovom ohnisku pece alebo chladnej liatinovej krbovej vložke. Po nahriatí ohniska sa účinnosť spaľovania zlepší. Ohnisko mierne ochladzuju presklenné dvierka, tepla sa vyžiari. Preto sa používajú plné kovové dvierka, prípadne s malým okienkom.

4. Časti a činnosť pece

Časti pece

  1. Podstavec (sokel) - tepelne izoluje pec od podlahy a zdvíha pec do požadovanej výšky. Podstavec možno vymurovať z dutých tehál alebo porobetónu. Vrch podstavca treba spevniť dekou zo železobetónu širokú aspoň 5 cm, alebo vrstvou z plných tehál.
  2. Jadro - spaľuje drevo a akumuluje tepelo. Vhodný materiál na stavbu je šamot, či už ako kusové šamotové tehly alebo liaty do debnenia.
  3. Plášť - zmenšuje výkon pece a zrovnomerní teplotu celého povrchu pece. Jadro bez plášťa hreje príliš silno, na niektorých miestach viac a niekdy zas slabšie. Materiálmi na plášť môžu byť keramické kachlice, šamotové tehly, duté tehly. Tehly možno omietnúť hlinenou omietkou na rabicovom pletive.
  4. Náčrt pece

    Zvislý rez, pohľad zpredu:

    Zvislý rez, pohľad zboku:

    Vodorovný rez, pohľad zhora:

    Jadro pece obsahuje

    1. Ohnisko - je spaľovacia komora vymurovaná zo šamotu s vypočítanými rozmermi. Šírka stien sa volí 12 cm. Tenšia stena príliš hreje a nie je odolná voči výbuchu drevoplynu. Ohnisko má prikladacie prípadne aj čistiace dvierka, otvory na prívod vzduchu v 1/3 výšky (primárny vzduch) a v 2/3 výšky ohniska (sekundárny vzduch). Vrch ohniska musí byť odolný voči vysokej teplote a veľkým rozdielom teploty medzi ohniskom a vonkajšou stranou jadra pece. Preto býva vymurovaný ako klemba zo šamotových tvaroviek, nad ktorou je vrstva hliny ako izolácia. Alebo je tvorený tenšou šamotovou doskou nad ktorou je izolácia z kamennej vlny. Kamennú vlnu treba raz za rok vymeniť. Bez izolácie by vznikalo veľké pnutie a šamot by na strope popraskal. Ďalšou možnosťou je použiť zahnutý ťah nad ohniskom, šamot bude ohrievaný z oboch strán a nebude vznikať pnutie.
    2. Pád - je široký ťah vedený smerom nadol z ohniska. Zabezpečuje vysokú teplotu v ohnisku. Rovnakú funkciu ako pád má ťah zahnutý nad ohniskom.
    3. Ťahy - je dlhá rúra vymurovaná zo šamotu poskladaná v peci. Má za úlohu ochladiť spaliny , čiže prevziať teplo zo spalín do pece. Spaliny sa ochladzujú na takú teplotu, aby mal komín dostatočný ťah a aby nekondenzovala voda v peci ani komíne. Orientačne má byť na výstupe pece 200 C. Nastavenie tejto teploty zabezpečuje plynová štrbina a klapka. Dĺžka ťahov by orientačne nemala byť dlhšia ako výška komína. Ďalej by malo byť od ohniska až po komín maximálne 13 pravých uhlov, zjednodušene povedané 13 R. V ťahoch bývajú čistiace otvory aby sa povedzme raz za rok dali vyčistiť.
    4. Plynová štrbina - vedie malú časť spalín z ohniska priamo do komína. Má za úlohu ohriať spaliny v komíne tak aby mal dostatočný ťah. Plynová štrbina sa umiestňuje do vrcholu pádu.
    5. Búchacia klapka - Raz za čas sa môže stať že vybuchne drevoplyn. Napríklad ak sa kúri nesprávnym spôsobom. Búchacia klapka má za úlohu odviesť tlakovú vlnu výbuchu drevoplynu priamo do komína a tým ochrániť ťahy pred zničením. Samotná spaľovacia komora, pád a prvý meter ťahov sa má robiť zo šamotu šírky 12 cm, a taká hrubá stena odolá výbuchu. Búchacia klapka je bežne zatvorená.
    6. Zakurovacia klapka - sa otvára na začiatku keď sa zapaľuje drevo, aby dym šiel priamo do komína a nestáli mu v ceste dlhé ťahy. Po rozhorení dreva sa zatvorí, a otvorí sa prívod vonkajšieho vzduchu. Funkciu búchacej klapky, zakurovacej klapky a plynovej štrbiny môže mať jedna liatinová klapka, viď obrázok, napríklad klapka Jokr.
    7. Prívod vzduchu - je nejaká rúra ktorá privádza vzduch do pece z vonku cez stenu. Vzduch nemožno odoberať z domu pretože je uzatvorený alebo pri otvorenom okne uniká teplo. Vzduchová rúra má nna konci pri peci klapky s gumovým tesnením, ktoré sa zavrú po dokúrení v peci aby pecou neprúdil vzduch a neunikalo z nej teplo. Vzduch pred príchodom do ohniska by sa mal predhriať, preto sa vzduchovo môže viesť v podstavci pece.
    8. Dvierka - na nakladanie dreva plné bez okienok sú vhodnejšie ako presklenné, pretože cez veľké sklo sa dosť vyžaruje teplo a ochladzuje ohnisko. Vhodné sú liatinové alebo oceľové dvierka, dvojité alebo so šamotovou výplňou, aby sa zvonku neprehrievali. Sklenené dvierka sú nevhodné aj kôli výbuchu drevoplynu, sklo by sa rozbilo. Popol možno vyberať cez nakladacie dvierka, alebo cez samostatné malé dvierka v spodnej časti ohniska. Tieto spodné čistiace dvierka môžu slúžiť aj ako prívod vzduchu po zapálení dreva, netreba mať ešte jeden prívod vzduchu pre rozhorenie.

    Postup pri kúrení

    Do ohniska sa naloží vypočítaná dávka dreva, napríklad 25 kg. Po zapálení dreva treba privádzať vzduch pod drevo zdola a treba skrátiť spalinové cesty. Preto zatvoríme prívod vonkajšieho vzduchu, otvoríme zakurovaciu klapku, a otvoríme dvierka na čistenie popola ako dočasný prívod vzduchu. Asi za 10 minút sa drevo rozhorí a môžeme priviesť vzduch nad drevo. Otvoríme vonkajší prívod vzduchu, zavrieme dvierka a zakurovaciu klapku. Drevo sa nechá horieť orientačne 1 - 1,5 hodiny. Keď budú plamene menšie ako 10 cm, zavrieme privod vonkajšieho vzduchu. Drevo dohorí cez vzduchové netesnosti dvierok.

PrílohaVeľkosť
použité vzorce pre vypocet pece.24.7 KB
rez z predu.png22.52 KB
rez z boku.png16.4 KB

5. Komín

Princíp činnosti komína

Komín vytvára vztlak, pretože horúce spaliny majú nižšiu hustotu ako okolitý vzduch. Pri prechode spalín komínom vznikajú aj tlakové straty. Ťah komína je daný rozdielom vztlaku a tlakových strát. Ťah komí rodinného domu býva maximálne niekoľko deisatok Pa.

Širší prierez komína znižuje tlakové straty ale spôsobuje aj väčšiu ochladzovanie spalín v komíne, pretože spaliny prechídzajú pomalšie. Príliš úzky komín má veľké tlakové straty, príliš široký komín má malý vztlak. Pre malé spotrebiče do 10 kW sa použťajú prierezy dymovodu 16 cm. Akumulačná pec s ohniskom o výkone 100 kW potrebuje prierez komína orientačne 18 - 22 cm.

Ochladzovaniu spalín obmedzuje tepelná izolácia komína. Izoluje sa kamennou vlnou alebo perlitom. Izolovaný komín so širokým dymovodom má dobrý ťah aj pre nízke výkony spotrebiča.

Účinná výška komína sa meria od sopúcha, kde je pripojený spotrebič do komína, až po vyústenie komína nad strechou. V samotnom spotrebiči a dymových rúrach sú tiež horúce spaliny, preto ich výšku môžeme tiež zahrnúť pri výpočte vztlaku.

Spaliny v komíne sa nesmú ochladiť pod 70 C, aby v komíne nekondenzovala voda s dechtom ktorá by ho mohla poškodiť. Na orientačný výpočet teploty spalín sa používa údaj komínová strata:

  • murovaný komín bez vložky ... 50 C/m
  • komín s vložkou bez izolácie ... 30 C/m
  • komín s izolovanou vložkou ... 15 C/m

Napríklad komín s izolovanou vložkou a teplotou spalín v sopúchu 300 C má vo vyústení teplotu spalín 200 C - 8 m x 15 C/m = 110 C.

Stavba komína

Rúra z nerezového plechu STN 17 17251 ,17255 ,17256, falcovaná. Informácie z diskusie: http://www.e-filip.sk/Default.aspx?ContentID=1010&ThreadID=245713&sortBy... .

Revízia komína a dymovodu - kolaudácia

K oficiálnemu používaniu komína je potrebná revízna správa kominára. V prípade stavebného konania, kde súčasťou stavby je aj komín, musí byť revízna správa komína dodaná ako podklad ku kolaudácii.

Revízna správa sa vydáva osobitne na komín a osobitne na dymovod s napojeným vykurovacím telesom. Pre kolaudáciu stavby stačí mať revíznu správu len na komín v prípade, že vykurovacie teleso bude napojené neskôr. Revízna správa na dymovod a napojené teleso sa vystaví dodatočne po nainštalovaní telesa. Je teda možné skolaudovať novostavbu aj bez pece ak má dom aj iné vykurovanie.

Okrem kolaudácie je revízna správa komína a dymovodu potrebná aj pre poisťovňu. V prípade poistnej udalosti (požiaru) v prvom rade poisťovňu zaujímajú revízne správy a každoročná správa o kontrole a vyčistení komína kominárom. Aj preto je potrebné každoročne nechať komín skontrolovať s prečistiť kominárom.

6. RUČNÝ VÝPOČET JADRA PECE

  1. Určíme potrebný výkon pece P. Napríklad z tepelných strát vykurovanej časti domu a potrebného vetrania, alebo z množstva spáleného paliva v minulosti.
    napr.: P = 6 kW
    Ak má dom veľké straty, P > 10 kW, treba ho najprv zatepliť.
  2. Zvolíme interval nakladania dreva T
    napr.: T = 8 hod.
  3. Energia akumulovaná v šamote počas jedného spaľovania: E = P . T
    napr.: E = 6 kW . 8 h = 48 kWh
  4. Vypočítame hmotnosť dreva na jedno naloženie md = E / (vyhr . η) ... [kg, kWh, kWh/kg,-], kde vyhr - je výhrevnosť dreva, budeme uvažovať 4 kWh/kg, η - je predpokladaná účinnosť pece, napríklad 80% = 0,80.
    napr. m = 48 kWh / (4 kWh/kg . 0,80) = 15 kg
  5. Vypočítame rozmery ohniska:
    plocha spodnej časti: S = md . 120 ... napríklad 15 kg . 120 = 1 800 cm2
    pomer strán ohniska: šírka š : dĺžka d : výška v = 1 : 2 : 3
    potom š = odmocnina(S/2) ... napr.: š = odm(1800/2) = 30 cm, d = 60 cm, v = 90 cm
  6. Upravíme rozmery ohniska podľa rozmerov použitých tehál, radšej trochu väčšie, aby sa ohnisko dalo vyvložkovať: š = 37 cm, d = 63 cm, v = 90 cm. Prikládacie dvierka sú na kratšej strane, možno prikladať dlhé polená
  7. Orientačné rozmery ťahov:
    prierez: S = md . 25 ... [cm2, kg], radšej trochu väčšie ... napr. S = 15 kg x 25 = 375 cm2, povedzme 20 x 20 cm = 400 cm2
    dĺžka = účinná výška komína + nejaký meter ... napr. 5 m / 7 m
  8. Optimálny prierez vzduchových prívodov do komory: S = md x 7
    napr. S = 15 kg x 7 = 105 cm2, povedzme 25 cm x 6 cm = 150 cm2
    Tomu zodpovedá aj priemer prívodnej vzduchovej rúry 12 cm.
  9. Plynová štrbina má mať prierez S = md . 1,2, min. 15 cm2 ... napr. 15 kg . 1,2 = 18 cm2
  10. Minimálna odporúčaná hmotnosť jadra: mj
    Výpočet cez hmotnosť dreva: mj = 110 . m ... [kg, kg]
    napr. = 15 kg . 110 = 1 650 kg
    Výpočet cez energiu: mj = E . / (100 ˚C . c) ... E - je energia ktorú cheme uložiť do jadra spálením jednej dávky dreva, uvažuje sa s ohrevom jadra o 100 C = 100 K, c - je tepelná kapacita šamotu, c = 0,28 Wh/kg.K - tepelná kapacita šamotu
    napr.: mj = 48 kWh . / (100 K . 0,28 Wh/kg) = 1,7 tony

7. Tepelný tok cez obstavbu

Materiál na obstavbu

Tepelný tok cez obstavbu

Podmienky: jadro pece 120 °C, miestnosť: vzduch 24 °C, steny 18 °C

Materiály plášťaTeplota povrchu, TTepelný tok, fí
kachlice65 °C750 W/m2
šamot 6 cm60 °C600 W/m2
tehla 1 dutinová37 °C235 W/m2 - odhad
tehla 2 dutinová32 °C156 W/m2 - odhad
tehla 3 dutinová29 °C110 W/m2 - odhad
porobetón 500 kg/m3
5 cm34 °C190 W/m2
7,5 cm31 °C140 W/m2
10 cm29 °C110 W/m2
25 cm25 °C48 W/m2
porobetón 400 kg/m3
5 cm32 °C160 W/m2
7,5 cm29 °C110 W/m2
10 cm28 °C85 W/m2
15 cm26 °C60 W/m2
25 cm24 °C37 W/m2

Tepelný tok pre materiály v tabuľke bol vypočítaný pomocou fyzikálnych zákonov na prenos tepla, viď tabuľka pre podrobné výpočty prenos_tepla_z_pece.ods - píšu sa teploty do žltých políčok, kým sú všetky tri modré výkony rovnaké.

Podľa použitého materiálu a plochy povrchu obstavby možno vypočítať výkon pece.

P = fí x S

Napríklad obstavba z kachlíc s plochou 10 m2 má výkon: P = 750 W/m2 x 10 m2 = 7,5 kW.

Podľa požadovaného výkonu pece a plochy povrchu obstavby možno vybrať vhodný materiál.

fí = P / S

Napríklad pec má mať výkon 3,0 kW a obstavba bude mať plochu 15 m2. Potom tepelný tok fí = 3.000 W / 15 m2 = 200 W/m2. Vhodný mateiál na obstavbu bude 1-dutinová tehla.

PrílohaVeľkosť
penos_tepla_samot.png29.54 KB
penos_tepla_tehla.png29.91 KB
model_pece.png2.42 KB
penos_tepla_tehla_rovnaky_vykon.png30.4 KB
penos_tepla_z_pece_4.png22.14 KB
pkcd2.png22.58 KB
TP20.png18.87 KB
porfix.png10.49 KB
tepelny_tok_samot.png50.31 KB
prenos_tepla_z_pece.ods20.54 KB
tepelny_tok_porfix5.png50.67 KB
tepelny_tok_tehla.png50.9 KB
tepelny_tok_samot6_hlina2.png50.96 KB
tepelny_tok_samot6_hlina5.png51.27 KB
prenos_tepla_z_pece_PKCD2.png50.73 KB
teha2dutinova.png14.04 KB
teha3dutinova.png21.85 KB
TepelnySpadTeha3Dutiny.png49.59 KB
TepelnySpadTeha2Dutiny.png49.46 KB
TehlyPlast.png76.78 KB
MaterialPlast2.png55.89 KB
MaterialPlast.png53.84 KB

8. Čas ohrevu steny

Relaxačný čas je čas za ktorý sa stena ohreje alebo ochladí, presnejšie čas za ktorý sa vyrovnajú teploty na jej vonkajšej a vnútornej strane na určitý malý rozdiel oproti pôvodnému rozdielu.

Občas funkčné linky na výpočet relaxačnej doby:

Niekoľko vypočítaných hodnôt:

materiálhrúbkačas prestupu
šamot3 cm7 min
6 cm0,5 hod
12 cm2 hod
18 cm4,5 hod
24 cm8 hod
plná tehla6 cm1 hod
12 cm5 hod
25 cm20 hod
porobetón 500 kg/m3 suchý5 cm2 hod
7,5 cm5 hod
10 cm8 hod
20 cm32 hod
30 cm72 hod
betón5 cm0,5 hod
10 cm2 hod
12,5 cm4 hod
15 cm5 hod
20 cm9 hod
30 cm21 hod
magnezit5 cm0,1 hod
10 cm0,4 hod

Ručný výpočet relaxačnej doby τ0 pre 1-vrstvovú stenu:

τ0 = d2 : 2a ..... τ0 - relaxačná doba (hod), d-šírka steny (m), a - koeficient (m/hod2)

a = λ : (ρ . c) ..... a - koeficient (m/hod2), λ - tepelná vodivosť (W/m.K), ρ - hustota (kg/m3), c - tepelná kapacita (Wh/kg.K)

Príklad:

Betónová stena je široká 10 cm.

λ = 1,3 W/m.K
ρ = 2200 kg/m3
c = 0,28 Wh/K.kg
d = 10 cm = 0,1 m

a = λ : (ρ . c) = 1,3 W/m.K : (2200 kg/m3 . 0,28 Wh/K.kg) = 0,00211 hod/m2

τ0 = d2 : 2a = 0,01 m2 : 0,00422 hod/m2 = 2,37 hod

PrílohaVeľkosť
model2.png3.73 KB
priebeh_teploty_plasta_pece.png7.02 KB
priebeh_teploty_plasta_pece_2.png5.74 KB
cas_pretupu_tepla.ods14.92 KB
cas_prestupu_tepla_2.png19.08 KB
cas_prestupu_tepla.png9.74 KB
model3.png5.54 KB
model1.png22.79 KB

9. Návody na výrobu hmôt

Šamotová malta

http://vytahy.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=102647#text496
  1. Kúpiť šamotovú múčku.
  2. Rozmiešať s vodou na hustotu destkej krupicovej kaše.
  3. Postupne primiešavať vodné sklo. Zmes zahustne na "ťahavé cesto na chleba".
  4. Urobte si skúšku:
    Správna zmes je taká, ktorú keď zubatým hladitkom = hrebeňom (6 mm) nanesiete na tehlu, priložíte druhú tehlu a ľahko poklepete paličkou, tak sa vytvorí špára široká cca. 3 mm a už po niekoľko minútach musí dolná tehla držať na hornej. Vezmete do ruky a pomaly obrátite, dolná tehla nespadne. Keď spadne vlasnou váhou, je treba zmes doplniť o vodné sklo resp. môže byť riedka (teda zahustiť).
  5. Keď starý peciar obkladal staré ohniská nejrôznejších pecí šamotovými platkami, tak si namiešal vyššie uvedenú zmes s takou lepivosťou (proto sa tomu hovorí nemecky "haftak", haften = prilepiť sa, Haftung = adhézia), že oblepoval ohnisko po stranách aj na strope ako by sa jednalo o obkladačky (na strop potom dával plátky široké 2 cm v niekoľkých vrstvách na kríž).
  6. Dva dni po zlepeni skúšebných šamotových tehál sa pri pokuse oddeliť ich pekne zapotíte.
  7. Zmes na omazávky a vymazávky ohnísk treba namiešať výrazne redšiu a nanášať širokou špachtlou v tenkej vrstve (1 az 3 mm). Nechať deň až dva zaschnúť a opäť navlhčiť a natiahnúť ďalšiu tenkú vrstu a po zaschnutí prípadne ešte jednu.
  8. To celé nechať zaschnúť ešte aspoň 2 az 3 dni (aj keď výrobca hotovej zmesi tvrdí už povedzme za 12 h) a potom zakúriť.
  9. Na povrchu tej poslednej vrstvy sa nejskôr vytvoria praskliny, také jemné vejáriky. Tie ale nejdú cez všetky tri vrstvy. Každá tá vrstva má akoby svoj vzorec praskliniek a nieje sa treba ich vôbec báť. To k veci patri, v ohnisku je pri horení podtlak, takže aj kdyby vznikla mikrothlina cez, bude len "prisávať" vzduch. Každý peciar to vie, mikrotrhliny vzniknú vždy (aj trebárs v spáre mezi kachly, alebo inde). Navic se trhliny časom zanesú sadzami a popolčekom, takže se utesnia. Kedy ste po povedzme roke či dvoch prevádzky odlúpli miesto s trhlinkou, uvidíte, že nevedie skrz (3 omazávky).
  10. Juraj nejskôr namiešal (pokud vôbec niečo niešal) chudobnú a hlavne hustú zmes na omazávku, naniesol silnú vrstvu a keď ešte skoro zalúril, no tak mu to kruto popraskalo. Keď sa toto stane, a vrstva drži na stene. Tak je nutné premazať ju 1 az 2 x. Keď základná silná vrstva nedrží, tak oklepať a znovu a poriadne.

Betón

Na 1 m3 štrk 0/22 alebo 0/32 ide 300 kg cementu pevnosti 42,5 MPa. Vodu treba použiť pitnú. Do miešačky sa dá štrk, potom cement, zapne sa miešačka a dolieva voda dovtedy kým nevznikne betónová masa. Voda treba dať čo najmenej. Betón vyliatí do bednenia treba zhutniť.

Hlinená malta

Hlina na stavanie sa rozumie vrstva pod ornicou (v žiadnom prípade nie ornica, tá "nelepí"). Je dostupná takmer všade, až na to, že má rôzne vlastnosti a je v rôznej hĺbke. Takmer v každej dedine existovalo niekedy hlinisko...

No a keďže v každej lokalite je hlina trochu iná, jej príprava na omietky (nielen na pec) alebo na kachliarske využitie má iný recept. Ale nie je to nič zložité...skrátka pre kachliarske účcely treba do každej hliny pridať piesok, lebo na tieto účely má byť hlina "ostrejšia" ako napr. na omietky. Recept nemá nikto presný (iba ak tak na hlinu z jeho lokality), takže treba skúšať. Pomôcť urciť či hlina je správne namiešaná môžu následujúce tri "testy":

  • po vyschnutí by nemali vzniknúť veľké pukliny v spoji
  • z hliny by sa mal dať vytvarovať (nelepí veľmi na ruku, ale drží pokope) v holej ruke namočenej predtým vo vode "šulec", ktorý užívame pri lepení kachlíc
  • pri miešaní pridávame piesok a miešame dovtedy, pokiaľ hlina pri miešaní nevydáva zvuk, v ktorom počuť piesok "šušťanie"
  • Fyzikálne vlastnosti materiálov

    • šamot: 1,6 W/m.K, 1700 kg/m3, 0,24 kWh/kg.K
    • zhutnená hlina: 1,1 W/m.K, 2000 kg/m3, 0,28 kWh/kg.K, 0,006 mm/m.K
    • plné tehly: 0,5 W/m.K, 1300 kg/m3, 0,26 kWh/kg.K
    • duté tehly PK CD2: 0,3 W/m.K, 900 kg/m3, 0,26 kWh/kg.K
    • porfix: 0,15 W/m.K, 600 kg/m3,

    Šamotové tehly

    - dostať v stavebninách. Cenu a rozmery si pozrite v obchode. Napríklad 3 eur/kseura za kus, rozmery 6 x 12 x 25 cm. Ak zoženiete staršie lacné šamotové tehly, môžete ich použiť na ťahy a plášť. Na ohnisko, pád a prvý meter ťahov radšej nové tehly.

    Nákup

    http://vytahy.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=102647#text474

    V lepšej drogérii sotjí šamotová múčka do 0,4 ? do 0,8 ? za 2 kg krabičku, liter vodného skla (Al2SiO3) s koncetráciou cca. 30 % stojí asi 1 ?.

    Možno kúpiť aj hotové zmesy (Rudomal, Rudokit) v nejakom kamnársko krbárskom obchode. Vrecia alebo nádoby s hotovu zmesou vyjdú podľa veľkosti na niekoľko sto Sk (25 nebo 50 kg). Tu sa nemusi už nič pridávať. Možno kúpiť aj malé balenie (1,8 kg) Rudokitu za cca. 1,5 ? (drogérie, železiarstvo) a proste si vec vyskúšať s tehličkami z akumulačiek na nečisto.

    Špárovanie pecí

    http://vytahy.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=102647#text488
    1. Ja vymazávam / špárujem peciarskym tmelom z tuby (biely, čierny, tehlový) cca. 120 až 150 Sk za tubu, ktorá má 300 ml. Tento tmel obvykle vydrží do 1 200 ?C a slúži hlavne na opravu trhlín vo výmurovkách ohnísk, ale dá sa to použiť aj ako špárovačka. Ja to rád používam, aj keď je to omnoho lepší materiál (teplotne) než je treba.
    2. Na povrchu kachlice alias ve špáre mezi kachly je teplota (podle konstrukce kamen) od 70 do 150 C, a proto existuji i tzv. kamnarske silikony. Opet tuba a cena kolem 120 Kc za 300 ml. Tenhle silikon je na teplotu do 200 C. Dela se s nim uplne stejne jako se sanitarnim silikonem (prstik namoceny v mydle, atd.) Teplotne se tomuto materialu neda nic moc vytknout, ale ja osobne ho moc rad nemam. Je to umelina a pri vyssich teplotach to ze zacatku pekne smrdi. Pokud se rozhodnete pro tenhle material, tak prosim opatrne kolem prikladacich dvirek, popelnikovych dvirek a pod. V techto mistech muze teplota (podle konstrukce kamen) dosahovat na vrcholu teplot pres 200 C, takze to bude smrdet primo ukrutne. V techto mistech je treba pouzit tmel.
    3. Bezne sanitarni silikony maji teplotni odolnosti do 80 C, ty tedy v zadnem pripade nepouzivat.
    4. Tzv. venkovni silikon snese od -40 do +150 C. Taky nedoporucuji na kamna pouzivat, pachne a nad 100 C se docela dost smrstuje a odlepi se. Sveho casu jsem si vsechn tyhle matrose vyzkousel. Takze davam informace vsanc, aby jste to nemuseli zkouset znovu. Obchodakova kaminka se vetsinou prodavaji jako stavebnice a soucasti setu je prave i tuba se "silikonem" pro "slepeni kachlu".

10. Fotky a návrhy pecí

75 kWh, ťahy na ležato nad sebou

Táto pec nebola postavená, ide len o návrh pece:

Zvislý rez ohniskom, pohľad zpredu:

Zvislý rez pecou, pohľad z boku:

Vodorovný rez pecou, pohľad zhora:

š x d x v = 1,2 m x 3,2 m x 2 m

Ak je komín pripojený na 8 m izolovaný komín, má účinnosť 80 % a výkon 8 kW. Ak je pripojený na 6 m neizolovaný komín, má účinnosť 60 % a výkon 6 kW. V druhom prípade treba viac pootvoriť klapku, ktorá má aj funkciu plynovej štrbiny.

PrílohaVeľkosť
pec6kWzhora.png8.32 KB
pec6kWzpredu.png23.89 KB
pec6kWzboku.png19.83 KB

Benko - ťahy na ležato nad sebou

PrílohaVeľkosť
01.jpg43.58 KB
02.jpg47.02 KB
03.jpg42.58 KB
04.jpg45.54 KB
05.jpg45.56 KB
06.jpg40.59 KB
07.jpg48.63 KB
08.jpg49.11 KB
09.jpg48.88 KB
10.jpg42.8 KB
11.jpg37.78 KB
12.jpg35.25 KB
13.jpg42.25 KB
14.jpg48.52 KB
15.jpg53.62 KB
16.jpg45.99 KB
17.jpg44.22 KB
18.jpg41.38 KB
19.jpg37.58 KB
20.jpg42.66 KB
21.jpg43.34 KB
22.jpg38.34 KB
23.jpg30.34 KB
24.jpg34 KB

Linky na fotky

Fotky postavených pecí:

1) Mirek Šíma (ťahový systém):
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... .
2) Roman Beno (ťahový systém):
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... .
3) Milan Zlámal (zvonový systém - neoveril som):
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... ,
http://forum.tzb-info.cz/102647-kachlova-kamna-svepomoci/vsechny-prispev... .

Pán Šíma vyslovene nedovolil zverejnenie svojich fotiek v príručke. Sú tu fotky od pána Benku a to na účely príručky stačí.

11. Ohrev vody

Absorbér

Absorbér je teplovodný výmenník z medených rúrok stočených do hada, priložené na vonkajší plášť pece a zahádzané pár cm hlinenej omietky. S plochou 2 m2 a výkonom 1200 W možno vykurovať menšiu vzdialenú miestnosť, napríklad kúpelňu, alebo naplniť bojler teplou užitkovou vodou.

Umiestňovať teplovodný výmenník do ohniska nie je vhodné, pretože je tam vysoká teplota a voda by mohla vyvrieť. Znižovaním teploty ohniska by sa zasa silne znížila účinnosť pece. Teplovodný výmenník by sa zanášal sadzami, čo by spôsobilo jeho koróziu.

Dobrým riešením je pripojiť hada z medených rúrok na plášť pece, kde teplota neprekračuje 60 ?C. Nie je potrebná žiadna elektrononika a poistné ventily, pretože voda nemôže vyvrieť. Had možno upevniť na zadnú časť pece, kde nebude prekážať a kde iba ohrieva vzduch.

Na 1 m2 teplovodného výmenníka bude potrebná 1/2" nebo 3/4'' Cu rúrka, orientačne 10 m. Polomer ohybu cca 6 (12) cm. Spájanie a spracovanie medených rúrok si môžete pozrieť tu: http://www.youtube.com/watch?v=CY-sgKeZEh4&eurl=http://www.medportal.cz/... Výmenník má výkon asi 600 W/m2. Výmenník sa zahádže hlinou, niekoľko cm. Občas ho treba skontrolovať či hlina nepopraskala alebo nezhrdzaveli rúrky a netečú.

PrílohaVeľkosť
HypokaustOhrevVody.png65.16 KB

12. Ekonomika dreva

1. Jednotky

ZnačkaNázovPrepočetVýznam
plmplný meterkocka s hranou 1 m vyplnená drevom bez medzier, 1 m3 skutočnej drevnej hmoty ("bez dier")
prmpriestorový meter1 prm = 0,6 až 0,7 plmkocka s hranou 1 m vyplnená čiastočne drevom s medzerami, napr. drevo v lese zložené do "metrov"
prmssypaný priestorový meter1 prms = cca 0,4 plm1 m3 voľne uloženého sypaného (nezhutňovaného) drobného nebo drveného dreva

3. Učinnosť vykurovacích zariadení

  • otvorený krb: 10 %
  • krbová vložka: 60 %
  • kotol na drevo: 60 %
  • akumulacna pec na drevo: 80 %
  • splyňovací kotol na drevo: 80 %

4. Vlhkosť a teplo z dreva.

Drevo by sa malo voľne sušiť 2 roky, minimálne 1 leto, čerstvé drevo nehorí.

Obsah vody v dreve:

  • čerstvé drevo: 50 %
  • 1 rok sušené: 30 %
  • 2 roky sušené: 20 %

Pre mäkké drevo:

  • vlhkost [%] - spalné teplo [kWh/kg] - hustota [kg/m3]
  • 1 - 5,2 - 355
  • 10 - 4,6 - 375
  • 20 - 4,0 - 400
  • 30 - 3,4 - 425
  • 40 - 2,8 - 450
  • 50 - 2,3 - 530

5. Hustota čerstvého / voľne sušeného dreva (kg/m3)

  • agát biely 870 / 750
  • borovica čierna 900 / 670
  • borovica douglaska 910 / 570
  • borovica hladká 520 / 400
  • borovica lesná 700 / 520
  • brest 950 / 700
  • breza 940 / 600
  • buk 990 / 720
  • dub cer 1110 / 850
  • dub letný a zimný 1000 / 760
  • hrab 1080 / 820
  • jaseň 920 / 720
  • javor klen 980 / 660
  • Javor mliečny 870 / 650
  • jelša 690 / 520
  • jedľa 1000 / 460
  • lipy 730 / 520
  • pagaštan konský 910 / 570
  • smrek 740 / 470
  • smrekovec 760 / 600
  • topoľ čierny 840 / 450
  • vŕba 1000 / 450

Príklad: Buk metrovica sa predáva za 30 eur/prm. Aká je porovnateľná cena smreku?
30 eur/prm . (470 kg/m3 / 720 kg/m3) = 20 eur/prm

Príklad: Porúbaný ukladaný buk sa predáva za 60 eur/prm. Aká je porovnateľná cena za sypaný buk eur/prms?
60 eur/prm . (0,40 / 0,60) = 40 eur/prms

Príklad: Vykurovaním treba pokryť stratu domu 10 MWh. Koľko priestorových metrov bukového dreva treba, ak sa bude spaľovať 2 roky sušený v akumulačnej peci?
minimálna objemová hmotnosť metrovice = 720 kg/m3 . 0,60 = 430 kg/prm
spalné teplo = 4,0 kWh/kg . 430 kg/prm = 1 720 kWh/prm
potrebné množstvo dreva = 10 000 kWh : (1 720 kWh/prm . 0,8) = 7,3 prm

Porovnanie cien tepla pre rôzne palivá nájdete na http://www.klasici.sk/node/687 .

PrílohaVeľkosť
cenatepla.png66.35 KB

13. Tabuľky so vzorcami

Tabuľky obsahujú vzorce, ktoré umožňujú vypočítať danú úlohu. zapisuje sa do bielych okienok. Listy sú zamknuté bez hesla. Tabuľky si môžete otvoriť pomocou programu OpenOffice, ktorý je zadarmo http://sk.openoffice.org/ .

Dávka dreva

Tu je tabuľka so vzorcami na výpočet dávky dreva pre rôzne teploty von a intervaly nakladania: DavkaDreva.ods.

obrázok: Ukážka tabuľky:

PrílohaVeľkosť
intervalyNakladania.ods12.66 KB
intervalyNakladania.png15.29 KB
DavkaDreva.ods16.89 KB
DavkaDreva.png21.18 KB

Kolísanie teploty v dome

Kolísanie teploty si môžete nasimulovať pomocou tabuľky KolisanieTeploty.ods.

Praktické výpočty

Výkon pece kolíše. Po spálení dávky dreva vzrastie a potom klesá. Napríklad:

Preto kolíše aj teplota v dome, napríklad:

Kolísanie teploty v dome môžeme obmedziť:

  1. väčšou tepelnou kapacitou domu (steny z kameňa, betónu, plných tehál, vápnocementu, alebo betónový strop, betónový poter podlahy, akumulačná stena, hrubé hlinené omietky),
  2. menšími tepelnými stratami domu (izolácie domu, rekuperácia vetraného vzduchu, nižšia teplota, malý a kompakltný dom),
  3. skrátením doby nakladania do pece.

Príklad1: Nasleduje porovnanie teplôt v 2 domoch s rôznou kapacitou, dom1: 5 kWh/K, dom2: 15 kWh/K. Straty domu sú 100 W/K, teplota je von stabilne -5 ˚C. Interval nakladania do pece je 8 hodín.

Vidíme že pri 3-násobnej kapacite domu je výkyv teplôt zhruba tretinový.

Príklad2: Nasleduje porovnanie 3 inervalov kúrenia: 8, 12 a 24 hodín pre dom1 (5 kWh/K) z príkladu1.

Vidíme že pri dvojnásobnom intervale je výkyv teplôt zhruba dvojnásobný, pri trojnásobnom trojnásobný.

Príklad3: Tu je simulácia pre dom2 (15 kWh) z príkladu1.

Príklad4: Znížením strát domu1 (5kWh) z príkladu1 (100 W/K) na 50 W/K sa znížia aj výkyvy teplôt.

Vidíme že znížením strát na polovice klesli aj výkyvy teplôt zhruba na polovicu.

Záver: Pec je vhodná do starých kamenných domov aj do novostavieb. Bežne možno dosiahnúť teplotu v dome s výkyvom niekoľko desatín stupňa. Iba pri malej kapacite domu, veľkých stratách a dlhých intervaloch nakladania dochádza k výkyvu rádovo 1-ky ˚C.

PrílohaVeľkosť
KolisanieTeploty1.png8.42 KB
KolisanieTeploty2.png9.04 KB
KolisanieTeploty3.png11.82 KB
KolisanieTeploty4.png14.89 KB
KolisanieTeploty5.png13.88 KB
KolisanieTeploty6.png13.81 KB
KolisanieTeploty.ods39.92 KB

Objem vykurovacieho vzduchu

Tu je tabuľka na výpočet objemového toku potrebného na teplovzdušné vykurovanie: ObjemVykurovaciehoVzduchu.ods

obrázok: Ukážka tabuľky:

PrílohaVeľkosť
ObjemVykurovaciehoVzduchu.ods9.62 KB
ObjemVykurovaciehoVzduchu.png4.83 KB

Tepelný tok obstavby

Tabuľka na výpočet tepelného toku cez stenu: prenos_tepla_z_pece.ods.

Postup výpočtu

Vpisujú sa hodnoty teplôt do žltých okienok, kým všetky tri tepelné toky [W/m2], napísané modrou farbou, nie sú rovnaké. Napríklad:

šamotová tehla 6 cm:

Tehla plná TP20:

Duté tehly:

1 dutina:

2 dutiny:

3 dutiny:

Šamot 6 cm a hlinená omietka 2 cm:

Výmenník tepla pod omietkou

Ak chceme umiestniť tepelný výmenník s rúrkami a vodou na šamotový plášť 6 cm, výmenník zakryjeme 5 cm hlinenou omietkou. Bude náš zaujímať či nevyvrie voda vo výmenníku:

Záver: Výmenník bude mať v priemere teplotu 76 ?C, voda za bežných okolností nevyvrie.

Viacvrstvový plášť

Pre akumulačnú pec s plášťom môžem pre vzduch uvažovať tieto hodnoty:

  1. vzduchová medzera široká 5 cm v plášti, alfa =
    - vodorovná hore: 6,25
    - svislá: 5,5
    - vodorovná dole: 4,35
  2. vonkajší povrch plášťa:
    - vodorovný hore: 10
    - svislý: 7,7
    - vodorovná dole: 5,9
  3. Tepelný tok cez viacvrstvový plášť môžeme odhadnúť pomocou súčtu tepelných odporov, porovnaním s odpormi v tejto tabuľke:

    MateriálR
    šamot 6 cm0,038
    plná tehla 6,5 cm0,12
    1 dutinová tehla s VC maltou0,29
    hlinená omietka 1 cm0,012
    hlinená omietka 5 cm0,063

    Napríklad máme šamotový plášť, na ňom výmenník s rúrkami a vodou a na tom 5 cm omietky. Tepelný odpor 6 cm šamotu a 5 cm hliny je porovnatelný s plnou tehlou 6,5 cm (TP20). Tepelný tok cez plášť bude 400 W/m2, z výmenníku môžeme oberať orientačne 600 W/m2.

    Hodnoty emisivity bežných materiálov

    Zdroj informácií: http://termo.webnode.sk/zaujimavosti/emisivita/

    Hliník, leštený 0,05
    Hliník, hrubý povrch 0,07
    Hliník, silno zoxidovaný 0,25
    Azbestová doska 0,96
    Azbestová tkanina 0,78
    Azbestový papier 0,94
    Azbestový plát 0,96
    Mosadz, matná, zašlá 0,22
    Mosadz, leštená 0,03
    Tehla, bežná 0,85
    Tehla, glazovaná, hrubá 0,85
    Tehla, žiarovzdorná, hrubá 0,94
    Bronz, porézní, hrubý 0,55
    Bronz, leštený 0,1
    Uhlík, čištený 0,8
    Litina, hrubý odliatok 0,81
    Uholný prach 0,96
    Chrom, leštený 0,1
    Jíl, vypálený 0,91
    Beton 0,54
    Meď, leštená 0,01
    Meď, komerčne vyleštená 0,07
    Meď, zoxidovaná 0,65
    Meď, čierno zoxidovaná 0,88
    Elektrotechnická páska, čierna plastová 0,95
    Glazúra ** 0,9
    Umakart 0,93
    Zmrzlá zemina 0,93
    Sklo 0,92
    Sklo, matné 0,96
    Zlato, leštené 0,02
    Ľad 0,97
    Železo, za tepla válcované 0,77
    Železo, zoxidované 0,74
    Železo, galvanizovaná tabuľa, leštená 0,23
    Železo, galvanizovaná tabuľa, zoxidovaná 0,28
    Železo, lesklé, leptané 0,16
    Železo, kované, leštené 0,28
    Bakelit, lakovaný 0,93
    Lak, čierny, matný 0,97
    Lak, čierny, lesklý 0,87
    Lak, biely 0,87
    Lampová čerň 0,96
    Olovo, šedé 0,28
    Olovo, zoxidované 0,63
    Olovo, červené, práškové 0,93
    Olovo, lesklé 0,08
    Ortuť, čistá 0,1
    Nikel, poniklovaná litina 0,05
    Nikel, čistý, leštený 0,05
    Náter so strieborným povrchom** 0,31
    Náter, olejový, priemerný 0,94
    Papier, čierny, lesklý 0,9
    Papier, čierny, matný 0,94
    Papier, biely 0,9
    Platina, čistá, leštená 0,08
    Porcelán, glazovaný 0,92
    Kremeň 0,93
    Pryž 0,93
    Šelak, čierny, matný 0,91
    Šelak, čierny, lesklý 0,82
    Sneh 0,8
    Oceľ, galvanizovaná 0,28
    Oceľ, silno zoxidovaná 0,88
    Oceľ, čerstvo válcovaná 0,24
    Oceľ, hrubý povrch 0,96
    Oceľ, zrezivelá 0,69
    Oceľ, poniklovaná tabuľa 0,11
    Oceľ, válcovaná tabuľa 0,56
    Lepenka 0,92
    Cín, leštený 0,05
    Wolfram 0,05
    Voda 0,98
    Zinková tabuľa 0,2

    *Emisivity takmer všetkých materiálov sú merané pri teplote 0 °C a pri pokojovej teplote se nijako zásadne nelíšia.

    **Náter so strieborným povrchom je meraný pri teplote 25 °C a glazurový náter pri 27 °C.

    Fyzikálny model

    Využíva sa tu spojitosť výkonu, teda že výkon prechádzajúci z jadro do plášťa, výkon prechádzajúci plášťom a výkon vystupujúci z plášťa do miestnosti je rovnaký.

    Použité vzorce

    Fí - je tepelný tok [W/m2]

    Prenos tepla žiarením: Fí = epsilon . 5,67 . (T/100)4 ..... kde epsilon - je emisivita materiálu, S - plocha telesa, T - termodynamická teplota [K]. Emisivita ? je schopnosť materiálu vyžarovať teplo žiarením, ? má hodnotu od 0 do 1. Napríklad liatina, alebo stena má epsilon = 0,8 - 0,9, leštený nerez alebo hliník ? = 0,1 - 0,2. Emisivita sa obvykle číselne rovná absorbčnej schopnosti A.

    Prenos tepla prúdením: P = alfa . dT ..... kde alfa je koeficient prenosu prúdením, koeficienty sú uvedené nižšie, dT je rozdiel teplôt medzi stenou a vzduchom [K, C].

    Prenos tepla vedením: P = dT . lambda / d ..... kde dT je rozdiel teplôt na protiľahlých stranách materiálu, ? je súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu, d je šírka materiálu.

    Medzi jadrom a vnútrom plášťa sa prenáša teplo žiarením a prúdením, cez plášť sa prenáša teplo vedením, medzi plášťom a miestnosťou sa opäť prenáša žiarením a prúdením. Výsledný žiarivý tok medzi dvoma stenami je daný rozdielom žiarevých tokov jednotlivých stien.

    Izolačná obstavba a teplovzdušný odber tepla

    Priemerný výkon pece závisí iba od množstva spáleného dreva a intervalov jeho nakladania. Pri použití izolačných tehál treba upraviť aj intervaly nakladania.

    Materiál plášťa ovplyvňuje rýchlosť chladnutia pece, teda teplotné výkyvy. Tepelne vodivý materiál chladne rýchlo, výkyvy sú väčšie. Tepelne izolačný materiál chladne pomalšie, pec hreje stabilnejšie, ale pri vysokých hodnotách tepelného odporu sa prehrieva jadro. Priemerný výkon je daný teplotou jadra a tepelným odporom plášťa. Jadro musí byť teplejšie aby dostalo cez tepelný odpor plášťa priemerný výkon. Iným spôsobom ako stabilizobať výkon pece je zvýšiť hmotnosť jadra. Voľba vhodného materiálu plášťa ušetrí tony drahého šamotu do jadra. Napríklad 3,5 tonové šamotové jadro a 6 cm šamotový plášť môže hriať rovnako stabilne ako 1,8 tonové jadro a plášť z dutých tehál.

    Pec môže vykurovať viac miestností, pričom v každej môže byť iná plocha plášťa a požadovaný výkon pece. Dá sa to dosiahnúť rôznymi materiálmi v plášti.

Vztlak komína

Vztlak komína možno vypočítať pomocou tabuľky: http://www.klasici.sk/sites/default/files/VztlakKomina.ods . Ťah komína dostaneme po odpočítaní tlakových strát pri prúdení spalín cez komín. Tlakovés traty možno vypočítať tu: http://qpro.cz/?id=Ztraty-trenim-ve-vzduchotechnickem-potrubi.

Tabuľka pre vztlak je určená pre drevo, a dá sa použiť aj pre zemný plyn. Do tabuľky dosadíme:

  • výšku - dĺžka komínovej vložky, alebo časti ktorú počítame
  • výkon spotrebiča - na aký ho chceme prevádzkovať
  • teplota vstupu - asi koľko stupňov má dym opúšťajúci vykurovacie teleso
  • emisivita - vlastnosť materiálu vyžarovať teplo, pre neizolovanú rúru je nerez ?r = 0,1 , šamot ?r = 0,75.
  • teplota vzduchu von - ťah komína je menší ak je vonku teplo

Výpočet vztlaku pre izolovaný komín nie je doriešený, ale môžete ho odhadnúť tak, že dosadíte hrúbku izolácie, a skutočný vztlak komína sa bude nachádzať v itnervale vztlakov, ktoré dostaneme po dosadení emisivity povrchu komína, napríklad ?r = 0,8, a nulového vyžarovania ?r = 0. Ukážka tabuľky:

Fyzikálny model

  • normálne podmienky pre pyn: 0 C, 104 kPa
  • vlastnosti šamotu:
    - tepelná kapacita: 0,43 Wh/K.kg
    - hustota: 1 850 kg/m3
    - súčiniteľ tepelnej vodivost: 1,25 W/K.m
  • horenie:
    - teplota ohniska: 950 C
    - výhrevnosť dreva obvykle: 4 kWh/kg
    - chemická reakcia: C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
    - zloženie vzduchu: 78 % N2, 21 % O2.
    - zloženie spalín: 67 % N2, 17 % H2O, 17 % CO2
    - objem 1 molu plynu za normalnych podmienok: 22,4 litrov
    - mólové hmotnosti zložiek horenia:
    ... mn (C6H12O6) = 6.6 + 12.1 + 6.8 = 96 g/mol
    ... mn (O2) = 2.8 = 16 g/mol
    ... mn (vzduch) = 0.78 . 14 + 0.22 . 16 = 14.4 g/mol
    ... mn (spaliny) = (0,667 . 14 + 0,167 . 10 + 0,167 . 22) = 9,338 + 1,67 + 3,674 = 14,68 g/mol
  • VZDUCH
    - na 1 mol dreva treba 6 molov kyslíku
    - množstvo kyslíku mol za sekundu dostaneme z hodnoty pre drevo vynásobením x6
    - objem kyslíka litre za sekundu = - kyslík zaberá 21 % objemu vzduchu
    - množstvo vzduchu litre za sekundu dostaneme z hodnoty pre kyslík delené 21 %
  • SPALINY - hustota za normálnych podmienok: ro0 = 14,68 g/mol / 22,4 l/mol = 0,655 g/l = 0,655 kg/m3
    - hustota pri teplote t: ro = ro0 . T0 / T = ro0 . (t0+273,15) / (t+273,15) = ro0 . 273,15 / (t+273,15).
    Vychádzam zo stavovej rovnice pre ideálny plyn: p.V/T = konšt.
  • ŤAH KOMÍNA
    p = h . ?? . g ... [Pa, m, kg/m3, m/s2], kde h ? účinná výška komína, ?? ? rozdiel hustoty vonkajšieho vzduchu a priemernej hustoty spalín v komíne, g ? gravitačné zrýchlenie, g = 9,81 m/s2.
    Približný vzorec, dosadením vzrocov pre výpočet objemu spalín vznikne:
    p = h . (?0 . 273,15 / (t2+273,15) + ?0 . 273,15 / (t2+273,15)) . 9,81 m/s2 / 2
    p = 5 . h (273 / (t2+273) + 273 / (t1 + 273)) ... [m, ?C, ?C] kde h - je účinná výška komína, t2 je teplota ústia komína nad strechou, t1 teplota ústia komína pri spotrebiči.
PrílohaVeľkosť
VtlakKomina.png97.55 KB
VztlakKomina.ods30.58 KB

Výpočet jadra pece

Tu je tabuľka pre výpočet vlastností jadra pece v závislosti od dávky dreva: VypocetJadraPece.ods.

obrázok: Ukážka tabuľky:

PrílohaVeľkosť
VypocetJadraPece.ods14.89 KB
VypocetJadraPece.png22.33 KB

14. Linky

  1. ukážka splyňovania dreva: www.youtube.com/watch?v=pyofhLYYVC8
  2. komíny: časti: www.lacnekominy.sk/cache/images/tmp/icopal_wulkan_c_lacnekominy_b_6018e_... , http://www.lacnekominy.sk/cache/images/tmp/galeria_lacnekominy_b_a7f8a_8... , postup stavby: http://www.lacnekominy.sk/komin-nexx/navody/
  3. spájanie medených rúrok: www.youtube.com/watch?v=CY-sgKeZEh4
  4. výpočet tlakových strát: potrubie: http://qpro.cz/?id=Ztraty-trenim-ve-vzduchotechnickem-potrubi , pravé uhly: http://qpro.cz/?id=Tlakova-ztrata-mistnimi-odpory
  5. tepelné výpočty pre budovu: www.stavebnictvi3000.cz/vypocty/
  6. diskusie: na TZB: http://elektro.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=2 , eFilip: www.e-filip.sk/Default.aspx?contentID=1010&sortBy= , Kachlová kamna svépomocí na TZB: http://elektro.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=102647
  7. zalievané ťahy: www.youtube.com/watch?v=S9nau8S08U8 , www.ofenbaufachmarkt.de/gross.html
  8. stránka kachliara z Veľkého Rovného: www.kachliar.sk
  9. firma na stavbu pecí: http://www.krby-juko.sk/referencie.phtml?id5=13445
  10. palivové drevo www.jurovcik.sk/produkty-palivove.html
  11. klapka yokr: http://www.jokr.cz/shop.php?akce=cisloproduktu&id=2007120911
  12. teplomer spalín
  13. stavebné tabuľky: http://www.stavebni-tabulky.cz/
  14. teplovodný výmenník na dymovod: http://www.pece-krby.sk/krbove-vlozky/teplovodne-vymenniky/teplovodny-vy...
  15. Fotogaléria stavby a montáže kachľového sporáku: http://www.bd-krby.sk/index.php?option=com_content&view=article&id=88&It...
  16. lepenie kachlíc hlinou: http://www.youtube.com/watch?v=kPbprpfQGVY
  17. Fínska pec, fotky zo stavby: http://nase-slamenka.webnode.cz/jak-to-jde/finska-pec/ , http://finskepece.webs.com/

Nedokončené

3. Situácia v Československu

Pred sto rokmi sa u nás používali pece bežne. Neboli vždy určené len na vykurovanie. Boli to aj pece na chleba a kachľové sporáky. Mali mizernú účinnosť, pár desiatok %. Ešte po druhej svetovej vojne sa stavali nové domy s kachlovými pecami a sporákmi. Boli obvykle roštové, na uhlie a drevo.

S postupnou plynofikáciou a elektrifikáciou, kôli lacnému plynu a elektrine, začali ľudia kúriť v iných zariadeniach. Staré pece búrali, získali tým miesto v izbe. V nových domoch a panelákoch už bolo plynové, elektrické či ústredné vykurovanie. Po 40 rokoch už len málo ľudí používa pece. Stavať ich už vie málokto. Tradícia bola prerušená. Novo vytvorené cechy organizujú školenia.

Oproti tomu v Rakúsku prebiehal 40 rokov výskum. Začali sa stavať moderné pece s vysokou účinnosťou, ktoré sa nezanášajú popolom a sú ekologické. Sú relatívne lacné a rozšírené, môže si ich dať postaviť ktokoľvek. Stavba pecí je tam remeslo ako každé iné. Pec môže byť spustená do prevádzky až po zmeraní jej účinnosti, ktorá nesmie byť menšia ako 80 %. Zákazník zaplatí až potom.

Po roku 1989 zopár firiem na Slovensku a v Čechách zistilo, že by sa zo stavby pecí dal spraviť dobrý biznis. Pece sa stali hitom bohatých ľudí, ktorí sú ochotní platiť viac. Niečo tak obyčajné, čo kedysi mal každý, sa stalo luxusným tovarom. Cena pece vyletela na štvrť milióna korún. Za to sa dá už kúpiť kvalitné auto! Stavitelia pecí sa začali združovať do cechov, kde časť školenia obsahovala inštrukcie na utajovanie postupov, stráženie tajomstva.

Ak sa niekto rozhodne kúriť drevom a chce mať sálavú pec, začne hľadať po internete, knižniciach, pýtať sa známych. Avšak nič nenájde. Ak si zoženie kachliara a má smolu, tak mu postupne navyšuje cenu, chce obrovské zálohy a nakoniec pec po pár rokoch nefunguje, na čo sa peciar bráni dvojročnou zárukou podľa občianskeho zákonníka. Je to na smiech, lebo životnosť pecí je aj 100 rokov, do dnes sa kúri v starých peciach. Pece sú postavené z lacných materiálov a ich stavba je obyčajná murárčina. Treba vedieť pec navrhnúť. Ako prvý zverejnil informácie v Čechách pán Šíma.

10. Teplovzdušné vykurovanie

Pec možno pripojiť na teplovzdušné rozvody, a tak vykúriť väčší dom. Pec sa obstavia izolačnou obstavbou, napríklad z porobetónom. Materiál a šírka obstavby sa volí tak, aby straty pece neboli väčšie ako minimálna strata miestnosti v ktorej je pec umiestnená. To aby sa miestnosť zbytočne neprehrievala. Výkon pece na teplovzdušné vykurovanie je orientačne 700 W/m2. Vykurovanie sa dimenzuje na teplotu vykurovacieho vzduchu 120 ?C.

Fyzikálny model komína

Fyzikálny model

  • normálne podmienky pre pyn: 0 ?C, 104 kPa
  • vlastnosti šamotu:
    - tepelná kapacita: 1 000 J/?C.kg = 0,28 Wh/?C.kg
    - hustota: 2 000 kg/m3
    - súčiniteľ tepelnej vodivost: 1,56 W/?C.m
  • horenie:
    - teplota ohniska: 950 ?C
    - výhrevnosť dreva obvykle: 4 kWh/kg
    - chemická reakcia: C6H12O6 + 6O2 ? 6CO2 + 6H2O
    - zloženie vzduchu: 78 % N2, 21 % O2.
    - zloženie spalín: 67 % N2, 17 % H2O, 17 % CO2
    - objem 1 molu plynu za normalnych podmienok: 22,4 litrov
    - mólové hmotnosti zložiek horenia:
    ... mn (C6H12O6) = 6.6 + 12.1 + 6.8 = 96 g/mol
    ... mn (O2) = 2.8 = 16 g/mol
  • SPALINY
    - zloženie: N2 ? 66,7 %, H2O ? 16,7 %, CO2 ? 16,7 %.
    - mólová hmotnosť zložiek: N2: 2 . 7 = 14 g/mol, H2O: 2 . 1 + 8 = 10 g/mol, CO2: 6 + 2 . 8 = 22 g/mol
    - mólová hmotnosť spalín: n = (0,667 . 14 + 0,167 . 10 + 0,167 . 22) = 9,338 + 1,67 + 3,674 = 14,68 g/mol
    - hustota za normálnych podmienok: ?0 = 14,68 g/mol / 22,4 l/mol = 0,655 g/l = 0,655 kg/m3
    - hustota pri teplote t: ? = ?0 . T0 / T = ?0 . (t0+273,15) / (t+273,15) = ?0 . 273,15 / (t+273,15).
    Vychádzam zo stavovej rovnice pre ideálny plyn: p.V/T = konšt.
  • ŤAH KOMÍNA
    p = h . ?? . g ... [Pa, m, kg/m3, m/s2], kde h ? účinná výška komína, ?? ? rozdiel hustoty vonkajšieho vzduchu a priemernej hustoty spalín v komíne, g ? gravitačné zrýchlenie, g = 9,81 m/s2.
    Približný vzorec, dosadením vzrocov pre výpočet objemu spalín vznikne:
    p = h . (?0 . 273,15 / (t2+273,15) + ?0 . 273,15 / (t2+273,15)) . 9,81 m/s2 / 2
    p = 5 . h (273 / (t2+273) + 273 / (t1 + 273)) ... [m, ?C, ?C] kde h - je účinná výška komína, t2 je teplota ústia komína nad strechou, t1 teplota ústia komína pri spotrebiči.

Návrh komína

Pracuje sa na odvodzovaní vzorcov, tabuľka bude vytvorená potom.

  1. Chemické rovnice horenia:
    - drevo, slama: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O
    - zemný plyn, metán: CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
    - čierne uhlie, koks: C + O2 -> CO2
  2. Zväčšenie objemu spalín chemickou reakciou horenia: kvs:
    - drevo: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 2 moly spalín + 4 moly N2 ... kvs = 6/5 = 1,2
    - metán: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 1,5 mola spalín + 4 moly N2 ... kvs = 5,5/5 = 1,1
    - uhlie: 1 mol O2 + 4 moly N2 -> 1 mol spalín + 4 moly N2 ... kvs = 5/5 = 1
  3. Zväčšenie objemu spalín ohriatím v ohnisku na teplotu t: kvt:
    vychádzame zo stavovej rovnice pre ideálny plyn: p.V/T = konšt. = p0.V0/T0, potom pri konšt. tlaku p = p0:
    V = V0 . T / T0 = V0 . (t + 273) / (t0 + 273)
    koeficient tepelného zväčšenia objemu spalín: kvt = (t + 273) / 273 ... [-; °C, t0 = 0 °C]
  4. Zväčšenie hmotnosti spalín chemickou reakciou horenia: kms:
    mólove hmotnosti: N2 = 28 g/mol, O2 = 32 g/mol, CO2 = 44 g/mol, H2O = 18 g/mol
    - vzduch: 1 mol O2 + 4 moly N2 = 1 . 32 + 4 . 28 = 144 g
    - spaliny dreva: 1 mol CO2 + 1 mol H2O + 4 moly N2 = 1 . 44 + 1 . 18 + 4 . 28 = 174 g ... kms = 174/144 = 1,21
    - spaliny metánu: 0,5 mol CO2 + 1 mol H2O + 4 moly N2 = 0,5 . 44 + 1 . 18 + 4 . 28 = 152 g ... kms = 152/144 = 1,06
    - spaliny uhlia: 1 mol CO2 + 4 moly N2 = 1 . 44 + 4 . 28 = 156 g ... kms = 156/144 = 1,08
  5. Množstvo spáleného paliva za sekundu:
    E = výhrevnosť paliva pri dokonalom horení s účinnosťou 100%: drevo 20% vlhkosti 15 MJ/kg = 4,2 kWh/kg, zemný plyn 28 MJ/kg = 7,8 kWh/kg, uhlie 30 MJ/kg = 8,3 kWh/kg
    VO = výkon ohniska, napr. 100 kW 
    - množstvo spáleného paliva v kilogramoch za hodinu: mp1h = VO / E ... [kg/h; kW, kWh/kg]
    - množstvo spáleného paliva v gramoch za sekundu: mp1s = mp1h . 1000 / 3600 ... [g/s; kg/h]
    - mólová hmotnosť palív mnp: drevo C6H12O6 = 180 g/mol, metán CH4 = 16 g/mol, uhlie C = 12 g/mol
    - mólové množstvo paliva za sekundu: np1s = mp1s / mnp ... [mol/s; g/s, g/mol]
  6. Množstvo nasávaného vzduchu:
    Na 1 mol paliva treba:
    - drevo: 6 molov O2 + 24 molov N2 = 30 molov vzduchu
    - metán: 2 moly O2 + 8 molov N2 = 10 molov vzduchu
    - uhlie: 1 mol O2 + 4 moly N2 = 5 molov vzduchu
    Molová hmotnosť vzduchu za sekundu nv1s:
    - drevo: nv1s = 30 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 30 . mp1s / mnp = 0,02 . P ... [mol/s; kW]
    - metán: nv1s = 10 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 10 . mp1s / mnp = 0,036 . P ... [mol/s; kW]
    - uhlie: nv1s = 5 . np1s ... [mol/s; mol/s] = 5 . mp1s / mnp = 0,028 . P ... [mol/s; kW] 
    Objem vzduchu s teplotou 0 ?C za sekundu V01s:
    1 mol každého plynu pri 0 °C a bežnom tlaku 1 atm (101 kPa) má objem 22,4 litra
    - drevo: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,021 . P = 0,47 . P ... [liter/s; kW]
    - metán: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,036 . P = 0,81 . P ... [liter/s; kW]
    - uhlie: V01s = 22,4 . nv1s ... [liter/s; mol/s] = 22,4 . 0,028 . P = 0,62 . P ... [liter/s; kW]
  7. Objemový tok spalín pri teplote t a palive kvs:
    Vt1s = V01s . kvt . kvs ... [liter/s; liter/s, -, -]
  8. Mólová hmotnosť a hustota plynov:
    - vzduch: 78% N2 + 21% O2 = 29 g/mol
    - spaliny dreva: 66% N2 + 17% H2O + 17% CO2 = 29 g/mol
    - spaliny metánu: 73% N2 + 9% CO2 + 18% H2O = 27,6 g/mol
    - spaliny uhlia: 78% N2 + 21% CO2 = 31,2 g/mol
    - hustota vzduchu s teplotou 0 ?C: ?0 = mn / V0 = 29 g/mol / 22,4 litra/mol = 1,29 g/liter
    - hustota spalín s teplotou t: ?t = 1,29 . kms / (kvt . kvs) ... [g/liter = kg/m3]
  9. Hmotnostný tok spalín pri teplote t:
    mt = V0 . ?t
  10. Tepelná kapacita c:
    zložky spalín: N2 = 1 000 J/kg.K, CO2 = 1 237 J/kg.K, H2O = 4180 J/kg.K
    - spaliny dreva: c = 0,66 . 1000 + 0,17 . 4200 + 0,17 . 1237 = 1 600 J/kg.K
    - spaliny metánu: c = 0,73 . 1000 + 0,18 . 4200 + 0,09 . 1237 = 1 600 J/kg.K
    - spaliny uhlia: c = 0,80 . 1000 + 0,2 . 1237 = 1 050 J/kg.K
  11. Časová konštanta ochladzovania plynov v komíne ?:
    ? = energia spalín / tepelný tok cez plášť = rozdiel teplôt . tepelná kapacita . hmotnosť spalín / tepelny tok
    ? = ?T . c . m / Pe = ?T . c . V . ? / U . S = ?T . c . ?.r2.d . ? / U . 2.?.r.d
    ? = R . ?T . c . r / 2 ... [sekunda; m2.K/W, ?C, J/kg.K, meter], kde R - tepelný odpor komína, ?T - teplota spalín (rozdiel teplôt spalín a vonkajšieho vzduchu), c - tepelná kapacita spalín, r - polomer vložky komína
  12. Ochladzovanie spalín v čase:
    T = Tmax . 0,36t/τ ... τ - je časová konštanta ochladenia na 36 %, τ = c . m . R / S ... c - tepelná kapacita plynov, m - hmotnosť plynov v komíne, R - tepelný odpor chladnutia komína, S - plocha komínovej vložky alebo vnútra komína
  13. Objemový tok Vt pohybjúcich sa spalín v komíne po čase t:
    VT = V0 . kT . kp = V0 . (T + 273) / (T0 + 273) . kp
    Vt = V0 . kp . (Tmax . 0,36t/tau + 273) / (Tmax + 273)
  14. Vztlak v komíne:
    p = h . ? . g ... kde h - je výška komína [m], ? - je priemerný rozdiel hustoty spalín v komíne a hustoty vonkajšieho vzduchu [kg/m3], g - gravitačné zrýchlenie = 9,81 m/s2

Pec s hypokaustom

Príklad:

Ak by hypokaust na poschodí hrial slabo, treba domurovať pár radov šamotiek alebo kachlíc. Ak by hrial silno, treba pár radov odobrať. Výkon pece je daný množstvom spáleného dreva a intervalmi nakladania. Výškou hypokaustu sa nastaví pomer výkonov pece medzi prízemím a poschodím.

Plášť bude mať výšku 4 až 5 metrov, steny čo najrovnejšie. Ide o krátke steny, plášť by mohol byť stabilný, treba nad tým ešte porozmýšľať.

Materiál umožňujúci potrebný tepelný tok [W/m2] sa dá vybrať pomocou tabuľky alebo programu na stránke http://www.klasici.sk/node/295 . Tepelný tok pre materiál plášťa hypokaustu vypočítame z prenosu tepla prúdením medzi jadrom a plášťom pre daný materiál, pomocou toho istého programu.

PrílohaVeľkosť
hypokaustapec.png22.72 KB

Ručný výpočet jadra tyrolskej pece + princíp

  • Energia uložená z 1 dávky dreva: E = m . vyhr . ? ... m - dávka dreva [kg], vyhr - výhrevnosť dreva [kWh/kg], ? - účinnosť pece [-]
    Napr.: E = 15 kg . 4 kWh . 0,8 = 48 kWh
  • Výkon ohniska: Po = E / Th . ? ... Th - čas horenia [hod], smrek - 1 hod, buk - 1,5 hod.
    Napr.: Po = 48 kWh / 1 hod . 0,8 = 60 kW
  • Potrebná hmotnosť šamotu mš na ohriatie jadra o 100 ?C 1 dávkou dreva m je: mš = E . / (100 ?C . c) ... c = 0,28 Wh/kg?C - tepelná kapacita šamotu
    Napr.: mš = 48 kWh . / (100 ?C . 0,28 Wh/kg) = 1,7 tony
  • Priemerná teplota plášťa tp = E / (16.S.T) + 22 ... S - povrch plášťa [m2], T - interval nakladnia [hod], 16W/m2.?C - merný výkon plášťa , 22 ?C - teplota v miestnosti
    Napr.: tp = 48 000 Wh / 16 W/?C.m2 . 10 m2 . 8 hod + 22 ?C = 60 ?C
  • Energia uložená v jadre pri rozdiele teplôt 100 ?C: E100 = E . mj / mš ... mj - skutočná hmotnosť jadra
    Napríklad: E100 = 48 kWh . 3 tony / 1,7 tony = 85 kWh
  • Energia uložená v plášti Ep = ?tp . cp . mp ... ?tp - rozdiel teplôt plášťa a vzduchu v miestnosti, cp - tepelná kapacita plášťa, mp - hmotnosť plášťa
    Napr.: Ep = 60 ?C . 0,28 Wh/kg.?C . 1,5 tony = 25 kWh
  • Orientačný čas poklesu výkonu pece na 1/2: T1/2 = 0,63 . (E100 + Ep) / P ... vychádza sa z priebehu logaritmickej funkcie
    Napr.: T1/2 = 0,63 . (85 kWh + 25 kWh) / 6 kW = 11,5 hod.
  • Orientačný počet dávok dreva pre nábeh studenej pece na plný výkon: n = (E100 + Ep) / E
    Napr.: n = (84 kWh + 25 kWh) / 64 kWh = 1,7

Teória - Čas chladnutia dvojplášťovej pece

Ide o približný výpočet chladnutia pece so šamotovým jadrom a keramickým plášťom. Nezohľadňuje sa časový posun prechodu tepla cez materiály, ktorý u ťažkej pece možno zanedbať. Tabuľka pre výpočet je tu: chladnutie_pece_0.ods, grafy môžu vyzerať takto:

Príklady

Použité vzorce

  • Prenos tepla sálaním: qč = c . (T/100)4 = ? . cč . (T/100)4 ..... kde qč - je celková hustota tepelného toku [W/m2], c - je súčiniteľ sálania telesa, cč = 5,67 - je súčiniteľ sálania abolútne čierneho telesa [W/m2K4], ? - je emisivita materiálu [-], ? = c/cč, T - termodynamická teplota daného telesa [K].
  • Prenost tepla prúdením: Q = ? . S . ?T ..... kde Q - je tepelný tok prúdením [W], S - plocha telesa [m2], ?T - rozdiel teplôt telesa a vzduchu [K], ? - súčiniteľ prestupu tepla [W/m2K].
  • Teplota plášťa je polovičná z teploty jadra.

3. Teória

Principiálne predstavuje pec stenu medzi ohniskom a miestnosťou. Pri kúrení je stena zo strany ohniska zohrievaná výkonom ohniska 50 - 100 kW, z druhej strany je chladená výkonom pece 5 - 10 kW. V modeli pre kúrenie v peci môžeme chladenie zanedbať a miestnosť nahradíme izoláciou. Stena sa bude ohrievať tepelným tokom ? = ?T / R, kde R je tepelný odpor steny. Čas ohrevu bude daný t = C / ?, kde C je tepelná kapacita steny. V modeli si môžeme stenu nahradiť dvoma rovnako hrubými stenami, prvá bližšie k ohnisku bude mať určitý tepelný odpor R a nulovú tepelnú kapacitu C = 0. Zo strany izolácie bude časť charakterizovaná tepelnou kapacitou C s nekonečnou tepelnou vodivosťou, teda nulovým tepelným odporom R = 0. Prvá stena vyvolá tepelný tok, druhá bude akumulovať teplo.

Pre presnejší výpočet treba stenu rozdeliť na viac častí, pričom každá časť by obsahovala R a C časť. Prestup tepla by sa riešil vo viacerých časových krokoch. Presný výpočet sa dá dosiahnúť popisom ohrievania pomocou diferenciálych rovníc a ich integráciou. Nechce sa mi to robiť. Pre našu potrebu bude stačiť časová konštanta ?, čo je čas, za ktorý sa zohreje protiľahlá strana steny o 2/3 pôvodného rozdielu teplôt. Konštanta ? je vlastnosť exponenciálnej rovnice ?T2 = ?T0 . (1 - 0,36t/?) , ktorá popisuje ohrievanie telesa.

Odvodenie vzorca:
? = C / ? ..... ? = S . ?T / R ...... C = c . m . ?T ..... R = d / ? ..... m = d . S . ?
? = C / ? = C . R / (S . ?T) = C . R / (S . ?T) = c . m . ?T. R / (S . ?T) = c . d . ? . R = c . d . ? . d / ? = c . ? . d2 / ?

? = c . ? .d2 / ? ..... kde c - je tepelná kapacita materiálu [Wh/kg.K], ? - je hustota materiálu [kg/m3], d - je šírka steny [m], ? - je vodivosť materiálu [W/m.K].

Príklad vypočítaných hodnôt:

  • kachlica 0,5 cm: 5 minút
  • šamot 6 cm: 1 hod
  • šamot 12 cm: 4 hod
  • šamot 18 cm: 8,5 hod
  • tehla plná 6 cm: 2 hod
  • tehla plná 12 cm: 9 hod
  • betón 6 cm: 1,5 hod
  • betón 12 cm: 5 hod
    • Čas prestupu tepla cez viacero stien z rôznych materiálov budeme približne rátať ako súčet časov prestupu cez jednotlivé steny. Pri prestupe tepla cez dva steny z rôzneho materiálu ale budeme uvažovať pre druhú stenu tepelný tok vyvolaný tepelným odporom oboch stien: ? = S . ?T / (R1 + R2).

      Časová konštanta pre druhú stenu bude
      ? = C / ? = C . (R1 + R2) / (S . ?T) = C . (d / ?1 + d / ?2) / (S . ?T) = c . m . ?T . (d / ?1 + d / ?2) / (S . ?T) = c . m . (d / ?1 + d / ?2) / S
      ? = c . m . (d / ?1 + d / ?2) / S = c . d . S . ? . (d / ?1 + d / ?2) / S = c . d . ? . (d / ?1 + d / ?2)

      ?2 = 1,5 . c2 . d2 . ?2 . (d1 / ?1 + d2 / ?2) ..... kde c - je tepelná kapacita materiálu [Wh/kg.K], ? - je hustota materiálu [kg/m3], d1 - je šírka 1. steny [m], d2 - je šírka 2. steny [m], ?1 - je vodivosť materiálu 1. steny [W/m.K], ?2 - je vodivosť materiálu 2. steny [W/m.K],

      Príklad pecí, jadro + plášť:

      • šamotové jadro 6 cm + keramické kachlice 0,5 cm = 1 hod
      • šamotové jadro 6 cm + šamotový plášť 6 cm = 4 hod
      • šmotové ťahy 6 cm + plášť z plných tehál 6 cm = 5,5 hod
      • šamotové ohnisko 12 cm + šamotový plášť 6 cm = 8 hod
      • šamotové ohnisko 12 cm + plášť z plných tehál 6 cm = 9 hod
      • šmotové ťahy 6 cm + plášť z tehál PK CD2 6 cm = 8 hod
      • šmotové ohnisko 12 cm + plášť z tehál PK CD2 cm = 11 hod
PrílohaVeľkosť
sucinitel_salania.png28.78 KB
chladnutie_pece_2.ods20.91 KB
chladnutie_pece_1.png11.94 KB
chladnutie_pece_2.png10.52 KB
chladnutie_pece.ods38.98 KB

Vrchol leta a zimy

PrílohaVeľkosť
VrcholLetaZimy.PNG25.04 KB