Банная печь Игоря Васильева. Попытка синтеза. Часть 1

04 Янв

screenshot_01_red Настоящий цикл статей – это попытка обобщить и критически осмыслить имеющуюся в Сети информацию, посвященную кирпичной банной печи разработки Игоря Васильевича Васильева, получившей с легкой руки ее автора название «Печи В Кубе»^*.

^*Примечание. О том, почему свою печь Игорь Васильев решил назвать «Печью В Кубе» будет сказано позже.

Требования, которым должна соответствовать правильно сложенная кирпичная банная печь, Игорь Васильев озвучил в только ему присущей ничем не сравнимой манере подачи излагаемого материала еще в далеком 2008 году. Чуть позже в том же топике на том же информационном ресурсе Игорь Васильев сформулировал свое видение и свои подходы к процессу сжигания дров в печи, обеспечив соблюдение которых можно добиться от печи наибольшей эффективности совершаемой ею работы.

Еще спустя некоторое время, но уже на другом информационном ресурсе автор схематически изобразил внутреннее устройство своей банной «Печи В Кубе» и дал некоторые пояснения по ее конструктивным особенностям, особенностям процесса горения дров и порядку топки печи.

Однако данная тема не была доведена автором до своего логического завершения. Обсуждение печи было им прервано в октябре 2013 года и после этого уже не возобновлялось. Причины обстоятельств, приведших к такому состоянию дел, к сожалению, мне не известны. Но, учитывая проявляемый неподдельный интерес околобанной общественности к данной Печи, и пытаясь сам лучше разобраться в ее устройстве и работе, я решил предпринять попытку собрать воедино в одном месте всю имеющуюся по данному предмету информацию, осмыслить ее и попытаться прийти к какому-то систематизированному итогу. Поэтому и назвал этот цикл статей «Попыткой синтеза».

Надеюсь, результаты проделанной мною работы, кому-то да окажутся полезными.

Итак, приступим.

Предварительно хочу отметить, что в большинстве своем все лирические отступления, обильно использованные автором печи при изложении своих материалов, в этом исследовании будут опущены. Авторская стилистика изложения материала оставлена лишь в тех фрагментах его аргументов и доводов, опустить которые мне не представлялось возможным без потери смысла излагаемого.

Итак, нашу попытку исследовательского синтеза начнем с изложения по Игорю Васильеву аксиом^*, которым должна соответствовать кирпичная печь для семейной паровой русской бани.

^*Примечание. Все мысли и доводы, высказанные автора печи в свое время по тому или иному поводу, далее по тексту будут приводиться курсивом. Текст, выделенный красным цветом, представляет собой уточняющие комментарии, которые я посчитал уместным вставить в оригинальный авторский текст с целью облегчения его однозначного понимания и толкования.

Аксиомы, которым должна соответствовать теплоемкая кирпичная банная печь:

Без колосников хорошую топку не создашь: колосники повышают КПД в несколько раз и необходимый минимум (по высоте) – 20 см на колосниковую решетку и сам зольник.
Вероятно, хотите иметь высокий КПД ? (Меньше тратить времени и дров). Тогда в топке не должно быть ничего, снижающего температуру горения, ибо чем выше градус в топке – тем качественнее используется топливо. Это относится в первую очередь к нагреваемым камням – самой большой и весьма инертной массе в печи. Для полного догорания топлива важно обеспечить порядка 1 метра между верхним поленом и нижними камнями, иначе – неизбежно остывание газов и снижение эффективности всей системы.
Каменная засыпка определяется размерами парной и с достаточной точностью может быть прикинута из расчета 20-30кг камней на метр кубический (парной). Если остановиться на варианте 8 кубов, то для 250 кг камней высота засыпки будет примерно 60 см.
Печка должна прогревать предбанник тоже, а это значит – должна греться с первого кирпича от пола. Самая теплоемкая часть печи будет (находиться) в районе расположения камней. Отсюда настоятельное желание опустить камни как можно ниже.
Крайне не желательно допускать соседство горячей кладки и холодной: неизбежны трещины, и, как следствие – частые ремонты (а то и много хуже…).
В самой камере (топливнике-каменке) не должно быть ничего железного в качестве несущих конструкций, только кирпич и раствор: всякую железяку начнет рано или поздно «крутить» — в итоге бооольшая головная боль по замене и ремонту. Боже упаси – в эпицентре температура может быть под 1500С!

Особо акцентируем наше внимание на следующих постулатах, к которым мы еще будем возвращаться в ходе нашего исследования:

В топке не должно быть ничего, снижающего температуру горения.
Для полного догорания летучих между верхушкой горящих дров и нижними камнями важно обеспечить свободное пространство высотой порядка 1 метра.
Кладка печи должна прогреваться от самого пола. А чтобы этого достичь, каменку (как самую теплоемкую часть печи) желательно размещать в печи как можно ниже.
В топливнике и каменке не должно быть ничего железного в качестве несущих конструкций.

Отметив эти моменты, движемся далее...

Игорем Васильевым в 2006 году была предпринята попытка технического анализа работы двух кирпичных банных печей.

Для анализа были взяты банные печи периодического действия Игоря Викторовича Кузнецова БИК П1 и БИК П3 (разработки 1990-х годов), информация по которым (авторские порядовки) на тот момент была в открытом доступе.

Из выводов, сделанных в результате проведенного анализа, следовало, что данные печи не могут в конструкторском плане считаться совершенными.

Однако, как мне кажется, следует отметить вот что.

Сделанные Игорем Васильевым выводы в отношении моделей печей БИК П1 и БИК П3 не могут быть обобщены по отношению ко всем другим банным печам разработки И.В.Кузнецова.

И обусловлено это тем, что автору проведенного анализа не была доступна конструкторская документация на другие модели банных печей И.В.Кузнецова. В моделях банных печей И.В.Кузнецова разработки начала 2000-х годов были применены технические наработки, делающие их более совершенными по сравнению с моделями БИК П1 и БИК П3. Часть «слабых» мест, имеющих место в печах БИК П1 и БИК П3, была устранена их автором.

И все же часть моментов, которые были не приемлемы Игорем Васильевым, присущи по сей день как банным печам Игоря Кузнецова, так и подавляющему большинству других кирпичных банных печей.

И речь здесь идет о подходах, применяемых к сжиганию топлива и утилизации (использованию) образовавшегося тепла, заложенных в этих банных печах.

Чтобы лучше понять, о чем идет речь, приведу отрывок поста Игоря Васильева от 27.08.2008г., размещенном на форуме «Русбани», а затем по данному отрывку мною будут даны некоторые разъясняющие комментарии.

Итак, отрывок поста:

«…существует, на мой взгляд, 2 принципиально разных подхода к сжиганию чего бы то ни было:

Повсеместно распространенный, с обязательным включением сюда БИКов (банные печи Игоря Кузнецова), и называю его –«На Хапок!». Идея «Хапка» проста, хоть и неказиста: появилось тепло – надо брать! Причем, по версии этого случая: чем скорее – тем лучше.

Здесь несколько более замысловато – по принципу: «Мухи и Котлеты – отдельно!». А именно – сначала проявляем максимум заботы о топливе (т.е. даем полностью завершиться всем реакциям окисления кислородом воздуха продуктов термического разложения древесины (С, Н₂, СО) с образованием конечных продуктов горения СО₂, Н₂О и выделением всего количества тепла, сопровождаемым протекание этих химических реакций ), а вот когда процесс завершен – вот тогда-то и начинаем работать с появившемся теплом. Так и назовем этот случай: «Заботой» — конечно, не в смысле головной боли, а собственно бережного отношению к дровам. Как проявляются в жизни обе версии?

«Хапок», особенно состоявшийся, подает в нагрузку газы с Т (температурой) более 1500С, в то же самое время, «Забота» — до 1000С. Казалось бы – невелика разница, ан, нет – эти «всего-то» 500С меняет картину происходящего разительно!

Но прежде чем мы коснемся подробнее этой живописи, зададимся вопросом:
— А что для потребителя лучше?
И в 99 случаев из 100 получим ответ:
— Конечно, «Хапок»! – нагрузка ведь нагреваться будет быстрее.
А вот последнее далеко не факт: совсем не обязательно.
Как так – ведь Т значительно выше?

Выше то выше – во, самое время вспомнить о дровах: как только нагрузка (каменка) оказывается в зоне сжигания (смотри, например, БИК), бессмысленно обсуждать успехи горения и проявлять прочее «гурманство» – тут вовсе не до жиру, a «жрите», что дают.
Т.е. до тех пор, пока нагрузка не нагреется до хотя бы 500С, ни о какой эффективности говорить не приходиться: для дров это будет «голодный паек», а не роскошная «трапеза», которую – совершенно верно – сервирует в это же время «Забота».»

На этом цитирование поста временно прервем (закончим его позже) и чуть более развернуто разберемся с озвученными И.Васильевым 2-мя подходами, которых можно придерживаться при топке банной печи.

1-й подход в использовании появившегося в топливнике печи тепла от горящих дров (названный И.Васильевым «Хапком»).

Как только дрова разгорелись – сразу же направить появившееся тепло на прогрев полезной нагрузки. В банной печи, как мы помним, полезной нагрузкой выступает каменка. Именно ее нагрев до требуемых температур является задачей № 1 для любой кирпичной банной печи.

Однако данный подход имеет целый ряд «узких» мест.

В холодной, не успевшей прогреться топке, отсутствуют условия (требуемые температуры), способствующие полному сгоранию (окислению кислородом воздуха), выделяемых нагретыми дровами летучих (СО, Н₂, С_nН_m, С), до состояния образования конечных продуктов реакции горения Н₂О и СО₂.

Соприкасаясь с холодными стенами топливника и находящейся над топливником каменкой, дымовые газы (ДГ) охлаждаются. Вследствие этого на этих элементах конструкции банной печи происходит осаждение (конденсация) из ДГ атомарного углерода С и различных углеродосодержащих соединений типа С_nН_m в виде сажистых отложений.

Сажа ухудшает передачу выделившегося в топливнике тепла как стенкам топливника, так и другим элементам печи, на которых она осела, в виду своей малой теплопроводности.

При этом тепло, которое бы выделилось в топливнике (в случае наличия в нем требуемых условий) в результате протекания реакций

C+O₂=CO₂+ 393 кДж/моль;

CО+0,5O₂=CO₂+ 279 кДж/моль;

CО+Н₂О=CO₂+Н₂ + 40 кДж/моль;

Н+Н=Н₂+ 104 кДж/моль;

О+О=О₂ + 117 кДж/моль;

Н₂+0,5О₂ = Н₂О + 285,8 кДж/моль,

просто вылетает в трубу.

Какая жалость! 😥

Другими словами, часть тепла, потенциально содержащегося в дровах, в данном случае нами просто «отправляется в трубу». А деньги, уплаченные за дрова, в прямом смысле слова оказываются выброшенными «на ветер».

При этом дополнительно поданный в этот момент в топливник «вторичный» воздух также оказывается излишним. Предварительно нагреть его в этот момент его еще нечем (стенки топливника еще не нагрелись). Поэтому он только разбавляет ДГ и снижает и так их невысокую температуру в верхней части топливника, и ничего путного в процесс горения летучих не привносит.

Поэтому, до момента прогрева оболочки топливника до температур порядка T=500⁰С (как и указывает Игорь Васильев), ни о какой эффективности сжигания топлива говорить не приходится!

2-й подход в использовании появившегося в топливнике печи тепла от горящих дров (названный И.Васильевым «Заботой»).

Как можно быстрее прогреть топливник и создать в нем условия (температуры не ниже 500⁰С), наиболее благоприятные для полной газификации (перевод в летучие фракции СО, Н₂, С_nН_m, С) всех углеводов горящих дров (условная формула древесины (С₆(Н₂О)₅)_n).

Затем обеспечить протекания всего комплекса химических реакций между газообразными горючими летучими и кислородом воздуха до образования конечных продуктов горения Н₂О и СО₂,подавая в печь в нужные места нужные объемы подогретого воздуха:

C+O₂=CO₂+ 393 кДж/моль;

C+0,5O₂=CO + 114 кДж/моль;

CО+0,5O₂=CO₂+ 279 кДж/моль;

C+СO₂=2CO — 165 кДж/моль;

C+Н₂О=CO+Н₂ — 125 кДж/моль;

CО+Н₂О=CO₂+Н₂ + 40 кДж/моль;

Н+Н=Н₂+ 104 кДж/моль;

О+О=О₂ + 117 кДж/моль;

Н₂+0,5О₂ = Н₂О + 285,8 кДж/моль.

Дожигание летучих до состояния Н₂О и СО₂ в этом случае может осуществляться не только в самом топливнике, но и в специальной, дополнительно организованной в печи камере (камере дожига).

А теперь разберемся в «положительных» и «отрицательных» моментах, присущих тому и другому озвученному способу извлечения тепла из топлива.

Но вначале закончим цитирование поста Игоря Васильева, а затем я вновь кратко прокомментирую сказанное.

Итак, окончание ранее начатого поста…

«…Поскольку надежда умирает последней в том плане, что я все же буду выцарапывать свой архив (у Игоря Васильева в тот момент «накрылся» винчестер с информацией), массу приятных нюансов, сопровождающих это «пиршество» (горение дров в режиме «Забота»), я до времени (пока) опускаю и сразу перехожу к выводам.

В конце концов, то на то и выходит и время нагрева обоих фигурантов (нагрев каменки в режимах «Хапок» и «Забота»), оказывается вполне сопоставимым: высокая эффективность горения с одной стороны (режим «Забота») и высокая T (температура) (режим «Хапок») – с другой, приводят к похожим результатам (вытопу печи и нагреву каменки за сопоставимые по продолжительности интервалы времени).

Во-о-от, а теперь, так сказать, «отобедав», можно предметно обсудить упоминавшуюся разницу в 500С.

Я надеюсь, не открою большого секрета заявлением, что железо прекрасно горит. Если, само собой, создать соответствующие тому условия: поднять Т (температуру) и подать О2 (кислород) – поэтому ставить в БИКи колосники или арматуру достаточно непрактично – сгорает к лешему, однако...

Стоит сюда же добавить интересное замечание от

Печник писал(а):

Добавлено: Чт 5 Май 2005, 22:46
Могу только точно сказать, что габродиабаз в печах типа П1 (БИК П1) сгорает (рассыпается) за 2-3 месяца, при протопке бани 4-5 раз в месяц.

Или:

Цитата:

Евгений Колчин ЗДЕСЬ писал, указывая на куски перекрученного металла и разрушенного камня – ВОТ, мол, что «творит БИК»

Понятное дело – совсем другой и мирный пейзаж при «Заботе» — как уже писал, у меня арматура здравствует лет 15, базальт не течет, а камни держат 1,5-2 ГОДА, а не 2-3 МЕСЯЦА.»

А теперь мои выводы по сказанному выше.

1-й подход в сжигании топлива (режим «Хапка») характеризуется:

бОльшим расходом дров необходимым на топку печи (в виду того, что при нагреве каменки до заданной температуры часть потенциальной тепловой энергии дров просто «улетает в трубу»);
отложением на внутренних поверхностях печи (особенно конвективной системы) сажи со всеми негативными последствиями, следующими за этим;
созданием в нижней части каменки температур порядка 1500⁰С и выше, что позволяет сильнее прогревать закладку, но в то же время приводит к более быстрому разрушению ее компонентов и более частой их замене (возрастают материальные и трудовые затраты по обслуживанию печи);
более «жесткими» температурно-влажностными режимами, создаваемыми каменкой в парной в процессе парения (каменку в таких печах удается разогреть до 600-700⁰С, температуру в парной поднять до T=75-80⁰С при относительной влажности воздуха φ=25-40%, его абсолютной влажности d=85-116 г/м³ и теплосодержании I=350-450 кДж/кг). Не всем подобные режимы (режимы «русские герои») могут прийтись «по вкусу»;
каменка в банных печах, реализующих режим «Хапка», находится выше, чем в печах с реализацией режима «Забота». Поэтому в большинстве таких печей низ печи греется хуже, чем в печах с реализацией режима «Забота» (где каменку чисто конструктивно удается опустить ниже).

2-й подход в сжигании топлива (режим «Забота») характеризуется:

меньшим расходом дров (а зачастую и временем), требуемым на топку печи;
отсутствием в печи сажистых отложений вследствие отсутствия их изначального образования;
созданием в нижней части каменки температур, не превышающих 1200⁰С. Это позволяет не только нагревать закладку каменки до достаточных для целей парообразования температур, но, в то же время, приводит к созданию для каменки более щадящих температурных условий, не приводящих к механическому разрушению составляющих ее компонентов (несущих колосников, арматуры, камней);
возможностью нагрева каменки до температур порядка T=400-500⁰С, вполне достаточных для создания в парной температурно-влажностных кондиций режимов «легкого пара» и «русских традиций» (температур Т=45-60⁰С при относительной влажности воздуха φ=56-90%, его абсолютной влажности d=51-96 г/м³ и теплосодержании I=170-350 кДж/кг);
возможностью конструирования печи с низко расположенной каменкой и, как следствие, с лучшим прогревом ее низа.

На этом пока прервемся.

Предлагаю хорошенько осмыслить здесь изложенное.

Также настоятельно рекомендую ознакомиться с еще одним постом Игоря Васильева от 12.03.2009г. (размещенного на том же ресурсе), который он повторно посвятил вопросу философии использования банной печи в режиме «Хапка» и в режиме «Заботы».

Ну, а продолжение начатой темы, обязательно и вскорости последует…

Пока!