Ракетная печь для обогрева дома

Этапы разработки твердотопливного котла, работающего на основе принципа действия ракетной печи.

Темы, посвящённые котлам, самодельным печам и отопительному оборудованию, пользуются неизменной популярностью на FORUMHOUSE. Это неудивительно. Ведь в связи с постоянным ростом цен на энергоносители, трудностями и дороговизной подключения к магистральному газу, многие задумываются о поиске альтернативы «голубому топливу».

Несмотря на большой выбор готовых заводских изделий, наши энтузиасты создают свои собственные конструкции систем отопления. Особый интерес представляет твердотопливный котёл, построенный пользователем нашего портала с ником Perelesnik. Он привлёк повышенное внимание, т.к. в основу его работы положен принцип действия ракетной печи. В этом материале мы расскажем об основных этапах разработки котла, предшествующих его строительству.

С чего всё началось

Прежде чем перейти к техническим особенностям котла, стоит заострить внимание на предыстории его строительства.

В мой дом заведён газ, но я периодически задумывался над тем, чтобы перейти на отопление твёрдым топливом. Останавливало лишь то, что газовое отопление было выгодно, и переход на дрова оказывался не рентабельным. Дом я отапливал электродным котлом мощностью 7 кВт, работающим в связке с кондиционером, который эксплуатировался «на обогрев». При сильных заморозках дом дополнительно подтапливался котлом, работающим на газе. И вот газ подорожал…

Прежде, чем иди и сразу покупать «нечто» под названием «твердотопливный котёл», Perelesnik начал изучать предмет. Он ознакомился с перечнем оборудования, предлагаемого в магазинах, посмотрел, как работают котлы у соседей, понял, какие наиболее частые проблемы возникают, изучил отзывы в Интернете.

После «мозгового штурма» появился список требований, которым должно отвечать устройство — с точки зрения Perelesnik-а:

• Возможность стабильной работы на мощности от 2 до 20 кВт. Это связано с особенностями климата в регионе проживания форумчанина. Зимой температура с месяц может держаться около 0°C, а потом резко на неделю упасть до -25…30°C. В осенне-весенний период температура находится в пределах +5…+10°C. Т.к. дом в межсезонье также нужно отапливать, но от котла не требуется максимальная мощность, нужен «гибко» настраиваемый аппарат.
• Котёл должен быть «всеядным», т.е. гореть в топке должно всё, что может гореть – дрова, топливные брикеты, уголь, отходы и т.д., включая влажное топливо.
• Конструкция котла должна предусматривать закладку поленьев диаметром до 20 см. Это уменьшит необходимость в колке дров.
• Должен работать с ночи до утра на одной закладке топлива. При сильном морозе количество полных закладок топлива не должно превышать трёх.
• Полная энергонезависимость. Устройство должно работать без необходимости его подключения к электрической сети. В случае обрыва проводов или отключения энергии, работу циркуляционного насоса (он должен прокачивать теплоноситель) обеспечивает резервная система питания.

Также среди основных требований к котлу перечислялось:

• высокий КПД, простая и недорогая конструкция дымохода;
• небольшое образование сажи и отложений (значит, отпадает необходимость в частой прочистке котла и увеличивается эффективность его работы);
• безопасность работы котла при любых режимах эксплуатации, жаростойкость узлов;
• возможность дозагрузки дров при рабочем режиме;
• удобство эксплуатации котла при его установке в жилом помещении;
• небольшой вес и габариты.

Самое интересное, что все эти требования планировалось «уложить» в бюджет, не превышающий 500 долларов, за исключением стоимости работы.

Достаточно лишь поверхностно ознакомится с требованиями, чтобы понять, что найти твердотопливный котёл, отвечающий всем пунктам списка, задача непростая. Поэтому Perelesnik решил идти двумя путями:

1. Попытаться найти готовое заводское изделие.
2. В случае неудачи – скопировать конструкцию готового котла и сделать его самому.

В ходе поисков и дальнейшего изучения информации, оба варианта отпали. Из-за технических особенностей: «капризности» работы на «мокрых» дровах, невозможности работы на малой мощности и т.д. не подошли пиролизные котлы длительного горения. Также не устроили «самоделки», найденные на просторах «всемирной паутины». Оставался третий вариант – на основе своих знаний и приобретённого опыта разработать конструкцию твердотопливного котла «под себя».

Ракетный котёл – теория

В ходе своих поисков Perelesnik наткнулся на ракетную печь, и эта конструкция его «зацепила».

Ракетная печь привлекла меня тем, что для её работы не требуется какой-то особый дымоход, можно сказать, что он и вовсе не нужен. У ракетной печи отличная тяга, причём без использования всяких вентиляторов. Её конструкция обеспечивает высокотемпературный дожиг печных газов. Она не требовательна к качеству топлива, эффективно работает на разных мощностях.

Дело оставалось за малым – сделать из печки котёл. Забегая вперёд, скажем, что от идеи до воплощения печи «в металл» прошёл почти год. Сюда вошло несколько месяцев на поиски оптимальной конструкции, расчёты, эксперименты. Непосредственно на изготовление котла ушло три месяца, но результат того стоил.

Удалось сделать устройтво, которое отвечало практически всем требованиям списка (за исключением того, что догружать топливо можно лишь тогда, когда предыдущая партия прогорит до состояния углей). Более того, удалось уложиться в планируемый бюджет, хотя для строительства внутренних частей и деталей котла использовалась «нержавейка» и применялась самодельная жаростойкая керамика.

Perelesnik разработал схему, на которой наглядно представлен принцип работы его котла.

Чтобы понять, почему за основу котла была выбрана именно ракетная печь, стоит заострить внимание на теоретической части.

Ракетные печи хорошо известны. Их строят энтузиасты и самодельщики по всему миру. Подкупает простота их конструкции, возможность обойтись без использования дорогих материалов, большая вариативность таких печей. Ракетная печь может быть как небольшой – походной (на них готовят еду), сделанной из кусков металлических труб и консервных банок.

А также большой, отопительной, с массивным теплонакопителем и встроенной лежанкой. Такая «ракета» отлично вписывается в дизайн современного коттеджа.

По словам Perelesnik, большую помощь в разработке его котла оказала книга американских авторов «Ракетные печи». В ней наглядно, и что самое главное – просто и доходчиво – объясняются базовые принципы самостоятельного строительства ракетных печей. Из этой книги также были заимствованы основные размеры и пропорции «сердца» ракетного котла – т.н. «J-трубы».

В «ракете» создаются отличные условия для горения. Топливо и печные газы сгорают полностью. Полученное тепло не «отбирается», пока не завершатся все реакции, и только затем оно используется.

Преимущества и плюсы «ракеты» — это производные от особенностей её конструкции. У ракетной печи, за счёт длинного вертикального и дополнительно утеплённого канала, увеличивается длина пути, которые проходят печные газы.

Газы, во время прохождения по удлинённому каналу, смешиваются с уже нагретым воздухом и приобретают температуру, которая наилучшим образом способствует всем процессам горения. Также сгорает углерод, который при недожоге откладывается в виде сажи.

За счёт большого температурного перепада, который возникает на входе и выходе канала вертикальной трубы, возникает мощная естественная тяга. Соответственно, отпадёт необходимость в строительстве высокого дымохода, который обеспечивает тягу в обычных печах.

Следует учесть, что газы, поступающие в дымовой канал, имеют высокую температуру. Чтобы выработанная печью энергия не вылетала «в трубу», нужно забрать часть этого тепла. Для этого к ракетной печи пристраивается лежанка, куда, по выложенным горизонтально кирпичным каналам, запускаются дымовые газы. Получается теплоаккумулятор. Второй вариант – печь дополняется водяной рубашкой. Отсюда уже рукой подать до твердотопливного котла.

Оттолкнувшись от этой базы, Perelesnik решил – надо делать котёл, работающий по принципу действия ракетной печи.

Всё, что мне осталось – это построить такой котёл. Для этого нужно рассчитать его размеры под требуемую мне мощность, подобрать все необходимые материалы и сделать такой «аппарат».

Об основных этапах строительства ракетного котла, с подборкой фотографий ключевых узлов, будет рассказано во второй части материала. Не пропустите!

А нетерпеливые читатели могут узнать всё о ракетном котле в теме, созданной пользователем нашего портала Perelesnik. На FORUMHOUSE можно знакомиться с пошаговым руководством по разработке системы отопления. Здесь представлены конструкции самодельных пиролизных котлов. На нашем портале есть статьи, где рассказывается, как дёшево отопить загородный дом», также представлен обзор самых популярных твердотопливных каменных печей. Посмотрите видео, где показывается, для чего нужен двухтопливный котёл.

Ракетная печь в доме выполняет несколько функций: она обогревает помещение, а также используется для приготовления пищи и согревает воду. От конструкции будет зависеть ее эффективность. Самой мощной и практичной считается реактивная модель. Именно поэтому многие владельцы устанавливают в своем жилище такое отопительное устройство.

Особенности печной конструкции

Изготовленная своими руками печь-ракета имеет две зоны — сгорания и дымоудаления. Твердое топливо при сгорании выделяет тепло, которым обогревается жилье. В топочную камеру устанавливают колосник и поддувало, размеры ее должны быть такими, чтобы внутри легко могли поместиться дрова. Горение возможно только при наличии тяги, для этого и необходимо поддувало. Чтобы этот процесс был более эффективным, нужно сделать хороший дымоотвод с достаточным диаметром и правильной конструкцией.

Такие приборы могут быть изготовлены практически из любых материалов, поэтому она считается экономной. Используя чертежи, печку-ракету можно сделать как переносной, которую можно использовать на отдыхе или рыбалке, так и стационарной для отопления дома и бани.

Посмотрите видео, как сделать ракетную печь из кирпича своими руками:

Стационарные модели в основном устанавливают в жилом помещении вдоль стенок. Она может согреть комнату, площадь которой составляет примерно 50 кв. м.

Переносные устройства достаточно компактны и с легкостью помещаются в багажном отделении машины, поэтому они так популярны среди туристов и отдыхающих. На них быстро и легко можно не только разогреть, но и приготовить еду. К тому же такие самодельные приборы очень экономичны, расход топлива минимален, можно использовать сухие ветки, траву, угли.

Принцип работы

Несмотря на то что устройство такого отопительного агрегата довольно простое, оно имеет два принципа работы, взятые у других типов печек, которые работают на твердом топливе.

Для того чтобы конструкция работала эффективно, используются следующие принципы:

1. Газы, выделенные из топлива, свободно циркулируют по печным каналам без принудительного создания тяги дымохода.
2. Дожигание пиролизных газов, которые выделяются во время горения топлива при недостаточной подаче кислорода.

Простые модели, предназначенные для приготовления пищи, имеют только первый принцип работы. В конструкции не предусмотрены условия, в которых мог бы произойти процесс пиролиза и дожиг газов. Единственная функция таких устройств — накаливание определенного участка.

Монтажные работы

Для начала необходимо определиться с материалом, из которого будет собираться конструкция, произвести расчеты и определить размеры. Чертежи ракетной печи своими руками можно даже нарисовать. В этом случае будет изготавливаться устройство с водяным контуром (рубашкой).

Печь-ракету нетрудно сделать самостоятельно, сделав чертеж и изучив несколько правил

Чтобы изготовить реактивную печь своими руками, нужно сделать следующее:

1. Залить прочную бетонную основу, чтобы будущая дровяная печка не перекосилась и не деформировалась, а стояла крепко и долго.
2. Выложить из шамотного кирпича топочное отделение и жаровой канал.
3. Самодельная топка будет иметь вертикальный тип загрузки, а в нижней части обустраивается зольник с боковой дверцей. Такая конструкция позволит достаточно легко очищать печь от накопившейся золы.
4. Из стальной трубы изготавливают вертикальный канал, который необходимо сначала обернуть толстым слоем изоляции, а затем уложить в наружный корпус из металла.
5. На наружном корпусе необходимо герметично закрепить узел теплообменника с водяным контуром, а затем установить горизонтальные пластины. Они создадут своеобразный лабиринт, который, в свою очередь, обеспечит максимальную площадь и длительное время теплообмена.

Такая схема позволяет проходить горячему потоку воздуха через теплообменник, затем огибать металлические пластины, нагревая собой весь отопительный блок, и при этом еще отдавать тепло воде, которая циркулирует по водяному контуру. Произведя все эти действия, остывший воздух поступает в дымоход.

Теплоаккумулятор, через который циркулирует вода, можно изготовить из любого материала. Чаще всего для этого используются старые баллоны, бойлеры. Подойдет любая емкость, оборудованная клапанами, через которые можно будет подключить холодную воду и слить горячую. Можно даже к такому устройству подсоединить отопительный радиатор.

Если облицевать печь кирпичом, она прекрасно впишется в интерьер

Можно слегка модернизировать такую печку и подключить к теплоаккумулятору трубу, которую направляют к точке водозабора, тогда горячую воду можно будет использовать и для бытовых нужд, например для мытья посуды.

Можно обложить такую ракетную печь кирпичом, и тогда она отлично впишется в дизайн частного дома, подойдет она и для бани. Такая конструкция позволяет сэкономить финансы на подогреве воды и отоплении. Это объясняется тем, что устройство не требует большого количества топлива, а также его не нужно подключать к электричеству.

Этот необычный вид отопительных систем не знаком рядовым застройщикам. Многие профессиональные печники также никогда не сталкивались с подобными конструкциями. Это не удивительно, поскольку идея ракетной печи сравнительно недавно пришла к нам из Америки и сегодня энтузиасты пытаются донести ее до массового сознания граждан.

Благодаря простоте и дешевизне конструкции, тепловому комфорту и высокому КПД ракетные печи заслуживают написания отдельной статьи, которую мы и решили им посвятить.

Как работает печь-ракета?

Несмотря на громкое космическое название, данная отопительная конструкция не имеет ничего общего с ракетными системами. Единственный внешний эффект, придающий некоторое сходство – струя пламени, которая вырывается из вертикальной трубы у походного варианта ракетной печки.

Работа этого очага основана на двух базовых принципах:

1. Прямом горении — свободном перетекании топливных газов по печным каналам без побуждения тягой, создаваемой дымовой трубой.
2. Дожигании дымовых газов, выделяющихся при горении древесины (пиролизе).

Самая простая реактивная печь работает по принципу прямого горения. Добиться термического разложения древесины (пиролиза) ее конструкция не позволяет. Для этого необходимо выполнить мощную теплоаккумулирующую обмазку внешнего кожуха и качественную термоизоляцию внутренней трубы.

Несмотря на это переносные ракетные печи хорошо выполняют свои функции. От них не требуют большой мощности. Генерируемого тепла вполне хватает для готовки пищи и обогрева в палатке.

Конструкции ракетных печей

Начинать знакомство с любой конструкцией следует с самых простых ее вариантов. Поэтому мы приводим схему работы мобильной ракетной печки (рис.1). На нем хорошо видно, что топливник и камера сгорания объединены в одном отрезке стальной трубы, загнутой вверх.

Для укладки дров в нижней части трубы вваривается пластина, под которой находится отверстие для воздуха. Усилить теплоотдачу в зоне приготовления пищи помогает зола, играющая роль теплоизолятора. Ее засыпают в нижнюю часть внешнего кожуха.

Вторичная камера (кожух) может быть изготовлена из металлической бочки, ведра или старого газового баллона.

Кроме металла, простейшую печь-ракету можно соорудить из нескольких десятков кирпичей даже без использования раствора. Из них выкладывают топливник и вертикальную камеру. На ее стенки ставят посуду так, чтобы под дном оставался зазор для выхода дымовых газов (рис.2).

Обязательное условие хорошей работы такой конструкции – «теплая труба», как говорят печники. На практике это означает, что перед закладкой дров ракетную печь нужно прогреть в течение нескольких минут, сжигая в ней щепки и бумагу. После того, как труба прогрета, дрова сложены в топливник и подожжены, в печном канале возникает мощный восходящий поток горячих газов.

Закладка топлива в простых конструкциях ракетных печей горизонтальная. Это не очень удобно, поскольку вынуждает периодически задвигать дрова в топливник по мере их выгорания. Поэтому в стационарных системах применяют вертикальную закладку, а воздух подают снизу через специальное поддувало (рис.3).

Выгорая, дрова сами опускаются в печь, избавляя владельца от ручной подачи.

Основные размеры

Наглядное представление о конфигурации стационарной ракетной печи длительного горения дает чертеж №1.

Тот, кто хочет построить стационарную ракетную печь, не отвлекаясь на упрощенные модификации, должен знать ее основные размеры. Все габариты данной конструкции привязываются к диаметру (D) колпака (барабана), накрывающего вертикальную часть жаровой трубы (райзер). Второй размер, необходимый для расчетов — площадь поперечного сечения (S) колпака.

Исходя из двух указанных величин, рассчитывают остальные габариты печной конструкции:

1. Высота колпака H составляет от 1,5 до 2D.
2. Высота его глиняной обмазки – 2/3H.
3. Толщина обмазки – 1/3D.
4. Площадь сечения жаровой трубы – 5-6% от площади колпака (S).
5. Размер зазора между крышкой колпака и верхним обрезом жаровой трубы не должен быть меньше 7 см.
6. Длина горизонтального участка жаровой трубы должна быть равна высоте вертикального. Площади их поперечных сечений одинаковые.
7. Площадь поддувала должна составлять 50% от площади сечения жаровой трубы. Для обеспечения стабильного режима работы печи специалисты рекомендуют делать жаровой канал из прямоугольной металлической трубы с соотношением сторон 1:2. Ее укладывают плашмя.
8. Объем зольника на выходе из печи во внешний горизонтальный дымовой канал должен быть не менее 5% от объема колпака (барабана).
9. Внешний дымоход должен иметь площадь поперечного сечения от 1,5 до 2S.
10. Толщину утепляющей подушки из самана, которую делают под внешним дымоходом, выбирают в пределах от 50 до 70 мм.
11. Толщину саманной обмазки лежанки выбирают равной 0,25D (для барабана диаметром 600 мм) и 0,5D для колпака диаметром 300 мм.
12. Внешняя дымовая труба должна иметь высоту не менее 4 метров.
13. Длина газохода в лежанке зависит от диаметра колпака. Если он сделан из 200-литровой бочки (диаметр 60 см), то можно делать лежанку длиной до 6 метров. Если же колпак изготовлен из газового баллона (диаметр 30 см), то лежанка не должна быть длиннее 4 метров.

Строя стационарную ракетную печь, нужно уделить особое внимание качеству футеровки вертикального участка жаровой трубы (райзера). Для этого можно использовать огнеупорный кирпич марки ШЛ (шамот легкий) или мытый речной песок. Для защиты футеровки от дымовых газов ее выполняют в металлической оболочке, используя для этого старые ведра или лист оцинковки.

Засыпка из песка выполняется послойно. Каждый слой уплотняют и слегка обрызгивают водой. Сделав 5-6 слоев, им дают неделю для просушки. Термозащиту из шамота сделать проще, но пространство между внешней оболочкой и кирпичом также придется засыпать песком, чтобы не было пустых полостей (рис.4).

После высыхания засыпки, верхний обрез футеровки обмазывают глиной и только после этого продолжают монтаж реактивной печи-ракеты.

Преимущества и недостатки ракетных печей

Важное достоинство правильно построенной конструкции – всеядность. Такую печь можно топить любым видом твердого топлива и древесных отходов. Причем, влажность древесины особой роли здесь не играет. Если же кто-то утверждает, что такая печка может работать только на хорошо высушенных дровах, то это значит, что при ее строительстве были допущены грубые ошибки.

Тепловая отдача ракетной печи, основой которой является барабан из бочки, весьма внушительная и достигает 18 кВт. Печка из газового баллона способна развить тепловую мощность до 10 кВт. Этого вполне достаточно для отопления комнаты площадью 16-20 м2. Отметим также, что регулировка мощности ракетных печей производится только за счет изменения объема загружаемого топлива. Подачей воздуха изменить теплоотдачу невозможно. Регулировку поддувалом используют только для ввода печи в рабочий режим.

Поскольку количества тепла, генерируемого ракетной печью весьма велико, то не грех использовать его для таких бытовых нужд, как подогрев пищи (на крышке барабана). А вот использовать такой очаг для нагрева воды, используемой в системе радиаторного отопления нельзя. Любое внедрение в печную конструкцию змеевиков и регистров негативно сказывается на ее работе, ухудшая или останавливая процесс пиролиза.

Полезный совет: перед тем, как приступить к возведению стационарной реактивной печи, изготовьте упрощенную походную конструкцию из металла или глины. Так вы отработаете основные приемы сборки и получите полезный опыт.

К минусам ракетных печей можно отнести невозможность их применения в банях и гаражах. Их конструкция рассчитана на аккумулирование энергии и длительный обогрев. Поэтому она не может дать много тепла в короткий промежуток времени, как это необходимо в парилке. Для гаражей, в которых хранятся горючесмазочные материалы, печь с открытым пламенем тоже не лучший вариант.

Собираем ракетную печь своими руками

Проще всего собирается походно-садовый вариант реактивной печи. Для этого вам не придется закупать кладочные материалы и готовить саман для обмазки.

Несколько металлических ведер, стальная труба из нержавейки для жарового канала и мелкий щебень для засыпки – вот и все нужно для того, чтобы сделать ракетную печь своими руками.

Первый шаг – вырезание ножницами по металлу отверстия в нижнем ведре для пропуска жаровой трубы. Его нужно сделать на такой высоте, чтобы под трубой осталось место для щебеночной засыпки.

Второй шаг – установка в нижнее ведро жаровой трубы, состоящей из двух колен: короткого загрузочного и длинного для выхода газов.

Третий шаг – вырезание отверстия в днище верхнего ведра, которое надевается на нижнее. Оголовок жарочной трубы вставляют в него так, чтобы его срез был на 3-4 см выше днища.

Четвертый – засыпка мелкой щебенки в нижнее ведро на половину его высоты. Она нужна для аккумулирования тепла и термоизоляции жарового канала.

Последний шаг – изготовление подставки для посуды. Ее можно сварить из круглой арматуры диаметром 8-10 мм.

Более сложный, но при этом долговечный, мощный и эстетичный вариант ракетной печки требует использования газового баллона и толстой стальной трубы прямоугольного сечения.

Схема сборки при этом не меняется. Отвод газов здесь организован сбоку, а не вверху. Для приготовления пищи у баллона отрезают верхнюю часть с вентилем и на ее место вваривают плоскую круглую пластину толщиной 4-5 мм.