Дровяная печь ( или дровяная печь или дровяная печь в Великобритании) — это прибор для отопления или приготовления пищи, способный сжигать древесное топливо , часто называемое твердым топливом, и топливо из биомассы , полученное из древесины , например кирпичи из опилок. Обычно прибор состоит из цельнометаллической (обычно чугунной или стальной ) закрытой топки, часто облицованной огнеупорным кирпичом , и одного или нескольких регуляторов подачи воздуха (которые могут управляться вручную или автоматически, в зависимости от печи). Первая дровяная печь была запатентована в Страсбурге в 1557 году. Это было за два столетия до промышленной революции , поэтому железо все еще было непомерно дорогим. Первые дровяные печи были предметами потребления высокого класса и лишь постепенно получили широкое распространение. [1] [а]
Печь подсоединяется вентиляционной трубой к подходящему дымоходу , который заполняется горячими дымовыми газами после воспламенения топлива. Дымовая труба или дымовые газы должны быть горячее температуры наружного воздуха, чтобы газы сгорания выводились из топки в дымоход.
Дровяные горелки могут утроить уровень вредного загрязнения воздуха в помещении . [2] В 2010-х годах в Европе ежегодно 61 000 случаев преждевременной смерти были связаны с загрязнением окружающего воздуха в результате отопления жилых помещений дровами и углем, а в Северной Америке - еще 10 000 случаев преждевременной смерти. [3] Использование дровяных печей в Африке связано с большим количеством смертей каждый год, примерно 463 000 человек. [4] Такое большое количество смертей связано с вдыханием токсичного дыма, испускаемого неправильно вентилируемыми печами и содержащего вещества, вредные для здоровья. Кроме того, использование древесины в качестве источника энергии также способствует вырубке лесов и изменению климата , хотя выбросы CO 2 от древесного топлива такие же, как выбросы в результате естественного разложения.
.png/1280px-Damper_(PSF).png)
Правильная циркуляция воздуха через дровяную печь имеет важное значение для безопасной и эффективной работы печи. Свежий воздух должен поступать в топку, чтобы обеспечить огонь кислородом; по мере горения огня дыму необходимо давать подниматься через печную трубу, создавая отрицательное давление в топке, и выходить через дымоход. Для регулирования потока воздуха в печь, дымоход и трубы печи могут быть встроены заслонки , а также обычно имеется регулировка воздухозаборника для регулирования горения.
Открывая или закрывая заслонки , поток воздуха можно увеличить или уменьшить, что может разжечь огонь в топке, или «загасить» его, ограничив поток воздуха и уменьшив пламя. Доступ к демпферам обычно можно получить, повернув ручки или ручки, прикрепленные к демпферу. Некоторые печи регулируют поток воздуха самостоятельно с помощью механических или электронных термостатических устройств.
Наивысшей эффективности обогрева в закрытых приборах можно достичь, контролируя различные подачи воздуха в печь (правильно используя регуляторы подачи воздуха). В руководствах по эксплуатации современных печей представлены документированные процедуры. Полностью открытое управление воздухом может привести к тому, что больше тепла будет направляться прямо в дымоход, а не в помещение (что снижает эффективность). Самая большая проблема, если оставить регуляторы подачи воздуха полностью открытыми на многих плитах, — это «перегрев». Перегрев возникает, когда внутри топки выделяется слишком много тепла, что приводит к деформации, короблению и общему повреждению печи и ее внутренних компонентов. Разные печи имеют разное количество и типы регуляторов подачи воздуха. В последние годы были разработаны более эффективные модели, в которых используются каталитические камеры сгорания для сжигания оставшихся частиц и газов в дыме перед его выходом из дымохода, что приводит к увеличению тепловой мощности, увеличению времени горения и меньшему вредному воздействию на окружающую среду.
Современные строительные технологии позволили создать более герметичные дома, что вынудило многих производителей печей проектировать свои печи так, чтобы обеспечить доступ внешнего воздуха. Наружный воздух может повысить общую эффективность печи как обогревателя за счет забора холодного воздуха для горения непосредственно снаружи вместо предварительно нагретого воздуха из помещения, в котором находится печь. Многие современные печи могут дополнительно использовать внешний воздухозаборник. Многие производители поставляют необходимые детали в виде комплектов (комплект наружного воздуха или OAK). При выборе комплекта наружного воздуха важно знать, что воздух должен поступать снизу от уровня печи. Например, печь в подвале может небезопасно использовать комплект наружного воздуха. Это необходимо для предотвращения изменения направления вентиляции, при котором очень горячие дымовые газы выходят через воздухозаборную трубу (обычно из ПВХ), что может привести к возгоранию конструкции и/или выбросу горячих дымовых газов в конструкцию.
Дрова обычно измеряются и продаются по объему или массе. В англоязычных странах, которые не являются полностью метрическими, их часто измеряют в шнурах . Лицевой шнур имеет размеры 4 x 8 футов по длине бревна (обычно от 16 до 18 дюймов). Полный шнур имеет размеры 4х4х8 футов. При покупке, резке или сборе дров полезно знать разницу между твердой и мягкой древесиной . И твердая , и хвойная древесина имеют одинаковое содержание энергии по массе, но не по объему. Другими словами, кусок твердой древесины обычно тяжелее и имеет больше доступной энергии, чем кусок хвойной древесины того же размера. Лиственные породы, полученные из таких деревьев, как дуб и ясень, могут гореть медленнее, что приводит к устойчивому производству. Многие хвойные породы происходят из хвойных пород , которые быстро растут и могут гореть быстрее. Это одна из причин популярности пеллет из хвойных пород (для печей на пеллетах).
Основное преимущество древесины лиственных пород заключается в том, что они, как правило, содержат больше потенциальной энергии, чем тот же объем древесины хвойных пород, что увеличивает количество потенциального тепла, которое можно уложить в одну загрузку печи. Древесина твердых пород имеет тенденцию образовывать и поддерживать слой горячих углей, которые выделяют меньше тепла в течение длительного времени. Древесина твердых пород идеально подходит для длительного и слабого горения, особенно в печах с плохой способностью поддерживать слабое горение или в мягкую погоду, когда не требуется высокая тепловая мощность.
Мягкая древесина, напротив, имеет тенденцию гореть быстро и быстро при небольшом количестве угля. Они могут оставлять меньше золы, чем лиственные породы. Хвойные породы идеально подходят для быстрых и горячих ожогов. Они производят отличное тепло и не заполняют печь углями, что является частой проблемой для тех, кто старается изо всех сил использовать свои дровяные печи, чтобы получить от них максимально возможное тепло.
Не все лиственные породы имеют более высокую потенциальную энергию, чем все хвойные породы. Древесина варьируется в зависимости от породы и даже отдельных деревьев (дерево с многолетним медленным ростом будет иметь более высокое содержание БТЕ, чем дерево того же вида и того же размера, чем дерево с несколькими годами быстрого роста). Осейдж апельсин , также известный как живая изгородь, возможно, является древесиной с самым высоким значением БТЕ, распространенной в Северной Америке.
Многие хвойные породы сохнут гораздо быстрее, чем многие лиственные породы. Например, сосна, которую спилили, раскололи, сложили в штабеля и укрыли сверху, обычно будет готова к сгоранию через год; можно ожидать, что при тех же условиях дубу потребуется три года.
Часто говорят, что хвойную древесину опасно сжигать, поскольку она выделяет более опасный креозот , чем лиственная древесина. Этот миф широко распространен на северо-востоке Северной Америки, где широко доступны оба типа древесины. Это не распространено на северо-западе, где большинство штатных дровяных мастеров сжигают исключительно сосну и ель.
Не исключено, что этот миф зародился из старинных печей и каминов. Эти приборы не требовали выдержанной древесины и часто ее не получали. В результате они часто сталкивались с очень низкими температурами дымоходов — обычно в дымоходах, которые не были изолированы, как современные дымоходы. Сочетание низких температур топки из-за высокого содержания влаги в древесине и низких температур дымохода из-за отсутствия изоляции привело к высокому уровню накопления креозота. Сжигание древесины, выделяющей много искр (например, сосны), в старомодном камине или печи приведет к тому, что искры попадут прямо в дымоход, что может привести к опасному возгоранию дымохода, если дымоход покрыт креозотом.
Современные печи, которые эксплуатируются правильно, не вызывают такого высокого уровня накопления креозота. Хотя разные породы древесины содержат разные уровни летучих органических соединений , разница несущественна, поскольку вся древесина производит креозот, который накапливается при неправильном сжигании. Так называемые опасные породы древесины, такие как сосна, на самом деле безопаснее, чем такие породы, как дуб, поскольку они горят сильнее и, таким образом, помогают поддерживать высокую температуру дымохода, а их быстрая выдержка поможет гарантировать, что начинающие дровяные горелки будут сжигать достаточно сухую древесину.
Сухая древесина производит больше полезного тепла, чем влажная, поскольку энергия не используется для испарения воды из древесины до того, как она сможет сгореть. Свежесрубленная древесина (известная как зеленая древесина) имеет высокое содержание влаги. Различные породы древесины имеют разное содержание влаги, которое также варьируется от дерева к дереву. При сжигании топлива, состоящего в основном из воды, большая часть энергии сгорания используется для испарения воды. Это приводит к низким температурам топки и низким температурам дымохода.
Дрова с содержанием влаги менее 20 процентов по весу могут гореть эффективно. Это содержание «свободной» влаги, поглощенной древесными волокнами, без учета содержания химически связанных водорода и кислорода. Содержание влаги можно уменьшить путем сушки на открытом воздухе («выдержки») в течение нескольких месяцев в летнюю погоду. Печи, работающие на солнечной энергии или топливе, могут ускорить процесс сушки. [5]
Самый распространенный процесс удаления лишней влаги называется выдерживанием . Выдержка древесины путем сушки на воздухе может занять три года и более. Древесину сушат в открытых хорошо вентилируемых крытых помещениях или в печи.
Любая древесина при горении выделяет пары креозота. Современные печи сжигают пары либо путем прямого вторичного сгорания, либо с помощью катализатора . Очень немногие креозоты, если таковые имеются, ускользнут от вторичного сгорания в правильно работающей современной печи.
Креозот, который все-таки улетучивается, все равно может быть неопасным, если он покидает древесину в газообразной форме. Он не конденсируется на поверхностях при температуре выше 250 градусов по Фаренгейту (121 °C). Современные дымоходы изолированы, чтобы гарантировать, что их температура не упадет ниже этой температуры во время нормальной работы печи. Накопление креозота может быть опасным, так как он легко воспламеняется и горит горячим. Если дымоход покрыт креозотом и воспламеняется, возможно, от искры, поднимающейся по дымоходу, это может вызвать серьезный пожар в дымоходе, который может привести к возгоранию конструкции. Этого можно избежать, используя современные печи и стандарты дымохода, сжигая сухие дрова, поддерживая огонь достаточно горячим, чтобы поддерживать температуру дымохода не менее 250 градусов F (121 ° C) в верхней части дымохода, а также надлежащим образом чистя дымоход по мере необходимости.
В Европе распространены многотопливные конструкции печей . Они сжигают только твердое топливо, включая древесину , древесные гранулы , уголь и торф . Обычно они изготавливаются из стали или чугуна. Некоторые модели также представляют собой печи-бойлеры с прикрепленным резервуаром для воды для обеспечения горячей воды, а также их можно подключить к радиаторам для обогрева дома, хотя они обычно не так эффективны, как специальный дровяной котел.
Существуют также модели печей, способные переключаться с древесного топлива на мазутные или газовые источники, которые устанавливаются в доме для подачи тепла в отдельный водогрейный котел. [6] Печи, которые легко переходят на мазут или газ в дополнение к древесному топливу, производятся в Северной Америке и Европе с начала 20 века и производятся до сих пор. В некоторых моделях масло или газ могут питать печь через трубное соединение, ведущее к «горелке» в задней части отделения для дров в печи.
Многотопливные печи универсальны, но обычно работают хуже по сравнению с печами, которые предназначены для максимально эффективного сжигания одного конкретного топлива.
В современных дровяных печах повсеместно используется метод вторичного сжигания несгоревших газов, что значительно повышает эффективность и снижает выбросы. Одним из распространенных методов является использование катализатора.
Каталитическая дровяная печь повторно сжигает газы из топки в катализаторе — матрице из стали или керамики, покрытой катализатором, который позволяет сжигать эти газы при гораздо более низких температурах, чем это обычно возможно. Вот почему среди современных печей каталитические модели, как правило, намного лучше обеспечивают низкую и равномерную тепловую мощность, что желательно в теплую погоду.
Современные некаталитические дровяные печи также повторно сжигают газы из топки, но для вторичного сгорания требуется гораздо более высокая температура. Катализатор не требуется. Эти модели теряют большую часть эффективности при низких скоростях горения, поскольку они не могут поддерживать вторичное горение, но могут быть очень эффективными при более высоких температурах, когда это вступает в силу.
Существуют также гибридные печи, в которых используется как каталитическое, так и некаталитическое вторичное сжигание.
Печи, в которых не используется вторичное сжигание, все еще существуют, но они заметно менее эффективны и более загрязняют окружающую среду, поскольку несгоревшие продукты уходят через дымоход.
В обычной печи при добавлении дров в горячий огонь начинается процесс пиролиза или деструктивной перегонки. Выделяются газы (или летучие вещества ), которые сгорают над твердым топливом. Это два различных процесса, происходящих в большинстве твердотопливных приборов. В устаревших печах без вторичного сгорания воздух приходилось подавать как под, так и над топливом, чтобы попытаться увеличить сгорание и эффективность. На практике было трудно достичь правильного баланса, и многие устаревшие дровяные печи допускали наличие воздуха над топливом только в качестве упрощения. Часто летучие вещества не сгорали полностью, что приводило к потерям энергии, смолению дымоходов и загрязнению атмосферы.
Чтобы преодолеть эту проблему, была разработана пиролизная печь. Оба процесса происходят в отдельных частях печи с раздельно регулируемой подачей воздуха. Большинство печей, предназначенных для сжигания древесных гранул, попадают в эту категорию.
Большинство пиролизных печей регулируют подачу как топлива, так и воздуха, а не контролируют горение массы топлива путем простой регулировки подачи воздуха, как в традиционных печах.
Таблетированное топливо обычно вводится в камеру пиролиза с помощью шнекового конвейера . Это приводит к лучшему и более эффективному сгоранию топлива.
Технология на самом деле не нова; он десятилетиями использовался в промышленных угольных котлах, предназначенных для сжигания угля с высоким содержанием летучих.
Правильный приток воздуха и вентиляция также имеют решающее значение для эффективного и безопасного сжигания древесины. Особые требования устанавливает производитель печи. Законодательные требования к новым установкам в Великобритании можно найти в утвержденном строительными нормами документе J, раздел 2, таблица 1 «Подача воздуха к твердотопливным приборам». [7]
Безопасная эксплуатация дровяной печи требует регулярного обслуживания, например, опорожнения зольников (контейнеров) под решеткой. Регулярная чистка печных труб и дымохода также необходима для предотвращения возгорания дымохода . Креозот и сажа постепенно накапливаются в дымоходах и дымоходах. Это может привести к повреждению дымохода и распространению огня на окружающую конструкцию, особенно на крышу. Когда сажа блокирует поток воздуха через печные трубы или дымоход, дым может накапливаться в печных трубах и в доме.
Основной принцип контроля горения за счет уменьшения подачи воздуха означает, что очень часто внутри печи существует зона/условия восстановления. Это означает, что углекислый газ часто «восстанавливается» до угарного газа , который очень ядовит, и его нельзя допускать в дом. Это может произойти, если печь или дымоход не были очищены или недостаточна вентиляция. Детекторы угарного газа или сигнализация всегда должны устанавливаться в соответствии с рекомендациями производителей там, где используется дровяная печь. Не все детекторы дыма обнаруживают угарный газ.
Ускорители топлива, такие как уголь, жир, масло, бензин , керосин , пластмассы и т. д., также никогда нельзя добавлять в дрова в дровяной печи, поскольку образующееся пламя может легко охватить отсек для дров и трубы печи и вызвать пожар в доме. .
В соответствии с Законом Великобритании о чистом воздухе местные власти могут объявить весь или часть своего района зоной контроля дыма. Выпуск дыма из дымохода здания, печи или любого стационарного котла, если он расположен в специально отведенной зоне контроля дыма, является правонарушением. Также правонарушением является приобретение «неразрешенного топлива» для использования в зоне контроля дыма, за исключением случаев, когда оно используется в «освобожденном» приборе («освобожденном» от мер контроля, которые обычно применяются в зоне контроля дыма). Текущий максимальный размер штрафа составляет 1000 фунтов стерлингов за каждое правонарушение.
Для соблюдения Закона о чистом воздухе в «зонах борьбы с дымом» необходимо использовать освобожденные от налога приборы или топливо. [8]
Закон США о чистом воздухе требует, чтобы дровяные печи были сертифицированы Агентством по охране окружающей среды (EPA).
Однако Агентство по охране окружающей среды не установило обязательных ограничений на выбросы для печей на пеллетах, дровяных котлов внутри и снаружи помещений, каменных печей и некоторых типов дровяных печей, которые освобождены от регулирования Агентства по охране окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды разработало новые правила, которые начали вступать в силу в 2015 году, устанавливая обязательные ограничения выбросов почти для всех дровяных приборов (камины, хименеи и некоторые другие специальные приборы по-прежнему будут освобождены от налога). [9]
В 2019 году обязательный предел выбросов дыма для дровяных печей, установленный Агентством по охране окружающей среды, составлял 4,5 грамма дыма в час (г/ч) в соответствии с Шагом 1 пересмотренных стандартов производительности для дровяных обогревателей. [10] [11] В штате Вашингтон также установлены требования не более 4,5 граммов в час.
Новые стандарты производительности источников (NSPS) для бытовых дровяных обогревателей, которые вступили в силу 15 мая 2020 года. В 1988 году Агентство по охране окружающей среды ввело стандарты выбросов дровяных печей для смягчения загрязнения воздуха, установив первоначальные ограничения на уровне 7,5 граммов в час для некаталитических обогревателей. и 4,1 грамма для каталитических печей. Эти правила со временем уточнялись, особенно в 2015 году, с поэтапным подходом к снижению выбросов. Первый этап ограничил выбросы на уровне 4,5 граммов в час, а второй этап еще больше снизил этот предел до 2,0 или 2,5 граммов в час, в зависимости от используемой техники тестирования.
Последние стандарты «Фазы IV» или «Шага 2» требуют более строгих критериев для дровяных печей, в частности, перехода от дровяной кроватки к шнуровой древесине для испытаний. Раньше Агентство по охране окружающей среды использовало деревянные колыбели одинакового размера и расположения для надежных испытаний на ожоги. Однако этот метод не отражает фактическое использование печи в домах, где стандартными являются более разнообразные дрова. Это изменение направлено на более реалистичное тестирование выбросов, признавая разнообразие размеров древесины, влажности и типа, используемого в жилых домах.
В некоторых местах, например в странах Карибского бассейна, Центральной Америки и Южной Америки, во многих домах есть дровяные печи, которые используются внутри помещений без каких-либо средств надлежащей вентиляции. Дым остается в доме, где его вдыхают жильцы, нанося вред их здоровью. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно около двух миллионов человек погибают из-за загрязнения воздуха в помещениях, вызванного приготовлением пищи на открытом огне, в основном женщины и дети . Вырубка большого количества дров также ставит под угрозу местные леса и экосистемы. [12]
Неправительственные организации (НПО), такие как Ротари Интернэшнл, активно помогают домовладельцам в строительстве более экономичных и безопасных дровяных печей. Одна конструкция называется печью Justa, печью Just, Ecostove или La Estufa Justa. Печи Justa изготавливаются из таких материалов, как саман , цемент и пемза , с дымоходами. В этих общинах также внедряются другие типы дровяных печей, такие как ракетные печи и печи для сена . Ракетная печь на 30% более экономична, чем печь Justa, но небольшая портативная ракетная печь (для приготовления пищи) не имеет дымохода и пригодна только для использования на открытом воздухе. Ракетные печи большего размера подключаются к дымоходу или дымоходу. Печь из сена — еще одна уличная дровяная печь. В печах Haybox в качестве изолятора используется солома, шерсть или пенопласт, что позволяет сократить расход топлива до 70%. [13]
Италия является одним из крупнейших рынков печей, работающих на пеллетах, в Европе: около 30% всех домов используют древесину для отопления. Это означает, что около 5 миллионов домов имеют дровяную печь или плиту. [ нужна цитата ]
В Великобритании сжигание древесины в домашних условиях стало крупнейшим источником загрязнения воздуха мелкими частицами. [14]
1557: В Страсбурге выдан первый патент на дровяную печь.
1557 г.: в Страсбурге выдан первый патент на дровяную печь.
