Автоматизація опалювального обладнання побутово-виробничого призначення працюючого на твердому паливі.
Ситуація в якій опинились вітчизняні споживачі наприкінці 2008 року у зв’язку із «газовою війною» між Україною та Росією показала необхідність наявності у перед усім невеликих споживачів джерел опалення не пов’язаних із природним газом. Великі підприємства із власними котельними, потужними електричними мережами мають більші можливості для маневру в умовах паливної кризи, проте в сільській місцевості, питання створення резервних опалювальних пристроїв на відновлювальному паливі є актуальними.
Найбільш енергетично незалежними є опалювальні пристрої на твердому паливі, які використовують деревину, відходи паперової промисловості, солому тощо – тобто місцеві ресурси. Але в цих пристроїв (печей) поряд із такими перевагами як малі габарити, невисока ціна, можливість досягнення високого КПД є дуже значний недолік - необхідність присутності людини для керування обладнанням. Полегшення роботи персоналу при експлуатації печей на твердому паливі і склало мету даної роботи.
Об’єкт досліджень.Печі для опалення будівель відомі людству вже тисячі років і такий досвід дозволив розробити для різних країн кілька класичних конструкцій. Такі конструкції як наприклад «російська» піч мають бути завчасно заплановані при будівництві споруди, тому в якості об’єкту досліджень приймали сучасні печі тривалого горіння, що можуть бути відносно легко змонтовані у виробничих, жилих чи складських приміщеннях. На ринку України представлено велику кількість різноманітних печей різних виробників, які мають свої конструктивні особливості щодо допустимого палива, наявності та розміщення конвекційних труб тощо. Слід відзначити, що процес горінні неможливий при відсутності кисню, тобто при експлуатації печі буде витрачатись ресурс необхідний і людині що обумовлює необхідність доступу повітря зовні і відповідно зниження температура в приміщенні, що опалюється. З цієї причини для досліджень прийняли піч «Нормаль турбо» конструктивні особливості якої дозволили вирішити питання забезпечення процесу горіння повітрям ззовні (рис. 1).
Схема печі «Нормаль турбо» де:
1. вихід гарячого повітря; 2. вхідний колектор печі; 3. метало рукав; 4. приточний електродвигун; 5. вхід холодного повітря.
Для цієї печі зовнішнє повітря крізь метало рукав потрапляє паралельно до конвекційних труб та камери горіння. Примусове нагнітання повітря до камери горіння призводить до так само як і в горні коваля. Для нагнітання повітря авторами було застосовано побутовий однофазний вентилятор потужністю 30 Ватт. Використання електричного обладнання звісно обмежує енергонезалежність печі проте незначна потужність електродвигуна робить можливим його тривалу роботу від побутових джерел безперебійного живлення в разі тимчасового відключення електрики.
Одним з широко розрекламованих режимів горіннядля сучасних печей є режим тривалого горіння. Для досягнення цього режиму слід частково перекрити трубу і таким чином отримати тліюче горіння палива, яке має горіти значно довше. В сучасних печах тривалого горіння звертає увагу відсутність на димових трубах навісів. Їх наявність захищає від потрапляння в середину труби дощу та снігу, запобігає виходу іскор тощо, тобто причина, що змусила виробників відмовитись від цього елементу конструкції має бути дуже вагомою. На думку авторів таке рішення обумовлене тим, що при режимі тліючого горіння температура диму є відносно не високою і при наявності «грибку» відбувається інтенсивне осідання сажі в середині труби, що обумовлює постійну необхідність її очищення. Встановлення вентилятору для нагнітання повітря до камери згорання дозволило в значній мірі вирішити це питання – протягом п’яти місяців експлуатації потреба в чистці труби відсутня.
Результати досліджень.З досвіду експлуатації печей орієнтованих на тліючий режим горіння [] відомо, що режим тривалого горіння при умові максимального завантаження камери відповідним паливом може тривати до 20 та більше годин. Авторам статті вдалось досягнути лише 5 годин роботи печі в режимі тривалого горіння, при цьому наприкінці горіння температура поверхні для приготування їжі в печі відрізнялась лише на 2 0С від температури навколишнього середовища, яка також знизилась до практично початкового значення (рис. 2).
Рис.2 Залежність температури повітря від часу при опаленні приміщення піччю при різних режимах горіння
Обидві залежності представлені на рис.2 отримані при нагнітанні повітря, без використання вентилятору навіть в режимі інтенсивного горіння максимальна температура в приміщенні складала 17-18 0С. Як видно з приведених даних наявність вентилятору кардинальним чином покращує показники печі проте в разі загасання полум’я він продовжую заганяти через конвекційні труби зовнішнє повітря до приміщення, що призводить до його інтенсивного охолодження. Для вирішення цієї проблеми авторами було розроблено відповідний регулятор, електрична принципова схема якого приведена на рис.3.
Виміряння температури здійснюється із допомогою ХК термопари, яка розміщена на виході конвекційної труби, з допомогою яких можна розвести гаряче повітря по кімнатах будівлі. Міліамперметр представлений в схемі було градуйовано як термометр, що дозволяє обслуговуючому персоналу дистанційно оцінити стан горіння.
Висновки. Сучасні печі на твердому паливі можуть бути ефективно застосовані для опалення виробничих, складських та житлових приміщень. В якості додаткового опалення вони можуть ефективно використовуватись для швидкого нагріву приміщень. Обладнання печей регуляторами запропонованої конструкції дозволяє полегшити їх обслуговування та не допустити несанкціонованого охолодженнячи перегріву.