Blog


Piec rakietowy "na sterydach"

autor: Artur Milicki / 21 Lipiec 2016

W ciągu ostatnich dwóch lat kierowałem budową 14. pieców rakietowych z paleniskiem batch box w różnych lokalizacjach na terenie Polski. Każdy z tych pieców różni się od pozostałych, gdyż użyte materiały, jak i preferencje gospodarza w każdym miejscu były inne. Doświadczenia zebrane na etapie projektowania i budowy pieca, a także komentarze i obserwacje użytkowników pozwalają mi na coraz bardziej precyzyjną opinię na temat mocnych i słabych stron tych urządzeń; ich wydajności, skuteczności, możliwości modyfikacji i dostosowywania do różnych warunków i potrzeb.

Akumulacyjny komorowy piec rakietowy jest połączeniem wydajnego paleniska rakietowego batch box z komorowym systemem akumulacji ciepła oraz kominem. Każdy z tych trzech elementów można zbudować na wiele sposobów, każdy z nich wpływa i oddziałuje na pozostałe, a wszystkie razem tworzą zwartą całość, która powinna działać sprawnie, efektywnie, długo i prosto. A co najważniejsze, powinna być dostosowana do rzeczywistych warunków i potrzeb grzewczych konkretnej lokalizacji.

Budowa każdego pieca, a w szczególności pieca do użytku w pomieszczeniach mieszkalnych jest przedsięwzięciem, do którego należy podejść ze szczególną odpowiedzialnością, wiedzą i starannością. W niniejszym opracowaniu wiele ważnych zagadnień poruszam skrótowo, sygnalizując jedynie ich istotę na różnych etapach projektowania i budowy. Skupiam się wyłącznie na krótkim opisie zasad, którymi sam się kieruję oraz metod, materiałów i narzędzi, które obecnie preferuję i wybieram. Inni projektanci i konstruktorzy pieców mogą pracować przy zastosowaniu nieco innych teorii, technologii i materiałów. Szanuję to i cieszę się, że możemy uczyć się od siebie nawzajem, poszerzając wiedzę i horyzonty naszej twórczości.

Czytelników, którzy poważnie myślą o samodzielnym projektowaniu, a potem budowie pieca, zachęcam do poszerzania swojej wiedzy i odsyłam do studiowania materiałów z poniższych źródeł. 

Źródła:

1. Kluczową bazą informacji o piecach rakietowych z paleniskiem batch box jest anglojęzyczne forum internetowe: www.donkey32.proboards.com. Konstruktorzy z całego świata otwarcie dzielą się tam swoją wiedzą, pomysłami, realizacjami, usprawnieniami, testami i ich wynikami. Można powiedzieć, że rodzą się tam i ewoluują nie tylko pomysły na coraz bardziej wydajne wersje palenisk, ale również cały styl budowania pieców rakietowych w systemie komorowej akumulacji ciepła. Zwróćcie szczególnie uwagę na teksty i komentarze Petera van den Berga - człowieka który zoptymalizował, przetestował i nadał imię palenisku batch box. Sugeruję rozpocząć lekturę od wszystkich wątków które są przyklejone.

2. Polskojęzyczne podręczniki branżowe - w wersji drukowanej dostępne wyłącznie w bibliotekach i antykwariatach (w sieci krążą również kopie elektroniczne):  
Szrajber Karol, Nowoczesne Piece Mieszkaniowe, wyd. 2 poprawione i rozszerzone, Państwowe Wydawawnictwo Techniczne, Warszawa 1951.

Snopiński Tadeusz, Roboty Zduńskie w Budownictwie, Budownictwo i Architektura, Warszawa 1954.

Paradistal Janusz, Roboty Zduńskie cz. I, Państwowe Wydawnictwo Szkolnictwa Zawodowego, Warszawa 1959.

Paradistal Janusz, Roboty Zduńskie cz. II, Państwowe Wydawnictwo Szkolnictwa Zawodowego, Warszawa 1959.

Birszenk Apolinary, Piece Mieszkaniowe i Trzony Kuchenne, Państwowe Wydawawnictwo Techniczne, Warszawa 1953.



Z pośród pięciu wymienionych wyżej pozycji szczególną uwagę zwracam na książkę Karola Szrajbera “Nowoczesne Piece Mieszkaniowe”. Jest ona praktycznym podręcznikiem do nauki projektowania komorowych pieców akumulacyjnych. W sposób przejrzysty wyłożone są tam zasady racjonalnej budowy akumulacyjnych pieców komorowych (bezkanałowych), ich palenisk, ścian, komór oraz kominów. Autor zawarł tam wyczerpujące dane o procesach spalania, przewodności i pojemności ciepła, o akumulowaniu i przenikaniu ciepła, o strefach klimatycznych i normach temperatur do obliczeń. Poza wnioskami opartymi na własnych doświadczeniach Szrajber mocno opiera się na wywodach badaczy rosyjskich i niemieckich jak Grum-Grzymajło, Asche, Protopopow, Łukaszewicz, Brabbe i innych.

3. Anglojęzyczni czytelnicy mogą wynieść dużo wiedzy i inspiracji zduńskiej także z niżej wymienionych for i stron internetowych:

http://www.rocketstoves.com 

http://www.permies.com/forums/f-125/rocket-stoves

http://www.mha-net.org 

http://www.stove.ru/index.php?lng=1

http://stovemaster.com


Co to znaczy piec rakietowy?

Bazując na własnych obserwacjach ośmielam się twierdzić, że każdy piec, którego palenisko połączone jest z zaizolowaną pionową komorą spalania, zwaną podnośnikiem ciepła lub dopalaczem (ang. heat riser), można określić mianem pieca rakietowego. Temperatura w podnośniku ciepła może, w zależności od konstrukcji i sposobu izolacji, wynosić od 800°C do 1200°C co sprawia, że paleniska te mogą wykazywać się dużą efektywnością spalania gazów uwalnianych podczas procesu spalania opału (suche drewno jest preferowanym paliwem).

Gdy temperatura spalania drewna (lub innej biomasy) przekroczy 700°C, następuje proces utlenienia pierwiastków węgla i wodoru. Wynikiem tego jest powstanie tlenku i dwutlenku węgla (CO i CO2) oraz pary wodnej (H2O). Im wyższa temperatura panuje w palenisku i podnośniku ciepła, tym większy jest potencjał spalania tych gazów. Efektywności spalania gazów znacząco sprzyja doprowadzenie podgrzanego powietrza (tzw. powietrza wtórnego) bezpośrednio do podnośnika ciepła oraz odpowiedni kształt paleniska, podnośnika i przejścia między nimi, wywołujący wirowy ruch gazów zmieszanych z powietrzem wtórnym.

Efektywność spalania gazów w prawidłowo zbudowanym piecu rakietowym z paleniskiem batch box może wynosić od 85% do 95% w zależności od szczegółów konstrukcyjnych paleniska, podnośnika ciepła oraz właściwej obsługi pieca. Dla porównania, efektywność spalania gazów w prostych, otwartych kominkach wynosi zaledwie 10%. Oprócz pieców rakietowych efektywność spalania na poziomie 80% uzyskują też nowoczesne piece, kotły i kominki o porządnym standardzie z regulacją nadmuchu powietrza pierwotnego i wtórnego. Efektywność powyżej 90% osiągana jest natomiast przez zaawansowane kotły z pełnym sterowaniem niezależnymi źródłami powietrza pierwotnego i wtórnego, tak by odpowiednio je podawać w różnych fazach spalania.

Paleniskisko batch box jest zatem konstrukcją, która efektywnością spalania gazów dorównuje najbardziej zaawansowanym współczesnym technologiom grzewczym. Przewyższa je jednak znacznie pod względem kosztów materiałowych, gdyż palenisko - najbardziej istotną część pieca - można wykonać samodzielnie, przy użyciu zaledwie 80-120 cegieł szamotowych (w zależności od potrzebnej wielkości i mocy) i kilku prostych narzędzi.

Od czego zacząć?

Prace projektowe nad każdym piecem poprzedzam zebraniem danych na temat warunków panujących w budynku. Rozmawiając z gospodarzami pytam o ich preferencje, wizje oraz potrzeby techniczne i estetyczne związane z nowym piecem. Studiuję dostarczone mi zdjęcia i plany architektoniczne. Często zdarza się że odwiedzam w tym celu miejsce, w którym ma stanąć piec i samodzielnie dokonuję oględzin i pomiarów. Wszystko po to, aby ustalić współczynnik godzinnych strat ciepła, który ma być zrekompensowany piecem akumulacyjnym o odpowiednich parametrach mocy paleniska i pojemności masy akumulacyjnej. Gdy mam już komplet informacji, wykonuję pierwsze obliczenia i rysunki, przedstawiam gospodarzom moją opinię na temat możliwości połączenia ich potrzeb, oczekiwań i wizji z opcjami technicznych i konstrukcyjnymi pieca w zaistniałych warunkach. Gdy uda nam się uzgodnić zadowalające rozwiązanie, przystępuję do opracowywania trójwymiarowego projektu pieca, przygotowując czasami kilka propozycji różniących się zewnętrznym kształtem, formą i estetyką wykończenia. Używam do tego celu programu sketchup.

Fundament

Gdy ostateczna wersja projektu zostanie zatwierdzona, odczytujemy z niego wymiary fundamentu pieca, obliczamy masę całkowitą i udajemy się z tymi informacjami na konsultację do konstruktora budowlanego. Piec może ważyć od 2 do 6 ton i zajmować powierzchnię od 0,7 do 2 m.kw, potrzebujemy zatem fundamentu dostosowanego do uwarunkowań technicznych panujących na miejscu budowy. Inaczej przygotowuje się fundament pod piec na różnych rodzajach wylewek, inaczej na stropach, inaczej na gołym gruncie. Zalecam konsultować te szczegóły z konstruktorem budowlanym. Błąd przy konstrukcji fundamentu może skutkować pęknięciami ścian pieca, posadzki 

lub stropu. Piec jest urządzeniem, które pod wpływem eksploatacji i dużych zmian temperatur rozszerza się i drga (im mniejsza masa pieca tym intensywniej pracuje), warto zatem na obwodzie fundamentu zastosować dylatację o odpowiedniej grubości (przynajmniej 5-10 mm).

Podstawowe wytyczne uwzględniane przy projektowaniu pieca rakietowego

Kluczową wartością uwzględnianą przy projektowaniu i budowie każdego pieca jest pole powierzchni przekroju (skrót: ppp) jego różnych elementów konstrukcyjnych. Wartość tę obliczamy korzystając ze wzorów na pole powierzchni figur geometrycznych, które odpowiadają przekrojom poszczególnych elementów pieca (okrąg: Πr2, prostokąt lub kwadrat: A*B, oktagon: 4.82843*A*A, itp.)

Wymiarem, który zawsze bierzemy pod uwagę jako pierwszy jest ppp kanału kominowego. Wielkość ta określa nam maksymalne możliwe pole powierzchni przekroju podnośnika ciepła. Innymi słowy, ppp podnośnika ciepła musi być równe lub mniejsze od ppp komina. Natomiast ppp każdego kolejnego kanału, zakrętu i przewężenia w piecu, występującego poza paleniskiem musi być zawsze większe lub równe ppp podnośnika ciepła.



ppp podnośnika ciepła <= ppp komina

ppp podnośnika ciepła <= ppp wszystkich kolejnych kanałów, zakrętów i przewężeń w piecu.

Ppp podnośnika ciepła oraz jego średnica - realna lub fikcyjna - są zatem kluczowymi wymiarami w konstrukcji pieca. Wszystkie pozostałe przekroje występujące w palenisku lub poza nim bezpośrednio się do nich odnoszą.

Fikcyjną średnicę podnośnika ciepła obliczamy wówczas, gdy podnośnik ciepła ma profil inny niż okrąg. Wartość ppp podnośnika ciepła o takim profilu podstawiamy do wzoru na pole powierzchni okręgu i wyliczamy fikcyjną średnicę.

Proporcje i wymiary paleniska batch box

W grudniu 2013 roku Peter van den Berg przedstawił zbiór wzorców definiujących wymiary wszystkich elementów składowych paleniska batch box, opierając się na wielkości bazowej wyprowadzonej ze średnicy podnośnika ciepła, Wartości te przedstawiają się następująco:

  • wartość bazowa: 0,7234 * średnica podnośnika ciepła,

  • wysokość podnośnika ciepła: od 8 do 10 * wartość bazowa, liczona od podłogi paleniska.

  • szerokość paleniska: 2 * wartość bazowa,

  • wysokość paleniska: 3 * wartość bazowa,

  • głębokość paleniska: od 4 do 5,5 * wartość bazowa,

  • wysokość portu: 2,2 * wartość bazowa,

  • szerokość portu:0,5 * wartość bazowa,

  • ppp wlotu powietrza pierwotnego = 0,2 * ppp podnośnika ciepła,

  • ppp wlotu powietrza wtórnego = 0,05 * ppp podnośnika ciepła.


Palenisko rakietowe batch box jest prostopadłościenną komorą z drzwiczkami na ścianie frontowej, przez które ładujemy opał oraz wąskim i podłużnym portem (szparą, przewężeniem) na ścianie tylnej, przez który spaliny wraz z płomieniami przechodzą do podnośnika ciepła. Na spodzie paleniska znajduje się wąska, płaska powierzchnia o szerokości portu. Po prawej i lewej stronie dna paleniska znajdują się skosy o nachyleniu 45 stopni (wliczone w wymiar paleniska), których zadaniem jest koncentrowanie opadającego (podczas procesu palenia) drewna i żaru w środku paleniska. Podobny skos znajduje się w tylnej części dna podnośnika ciepła. Wlot powietrza pierwotnego znajduje się w dolnej, frontowej części paleniska - jest to albo otwór w drzwiczkach, albo szpara w podłodze paleniska. Powietrze wtórne dostarczane jest poprzez kanał prowadzony nad sklepieniem paleniska, który w końcowej fazie obniża się do górnej części portu, dostarczając powietrze w miejscu łączenia portu z podnośnikiem ciepła. Szerokość wylotu kanału powietrza wtórnego ma tę samą szerokość co port. Podnośnik ciepła powinien mieć profil okrągły lub oktagonalny, gdyż aerodynamika tych kształtów wpływa korzystnie na efektywność procesu spalania gazów. Mieszanka gorących gazów z powietrzem wtórnym z dużą prędkością przeciska się przez port, a po uderzeniu w ścianę podnośnika ciepła formuje dwa przeciwstawne wiry, Następuje gwałtowne wymieszanie się powietrza wtórnego z gazami i dopalenie tej mieszanki. Temperatura spalania może dochodzić tutaj do 1200°C.

Dobór drzwiczek do paleniska batch box

Dobierając drzwiczki do paleniska batch box mamy do wyboru dwie opcje. Możemy samodzielnie zaprojektować drzwiczki uwzględniając optymalne wymiary paleniska i zlecić ich wykonanie profesjonalnemu ślusarzowi lub możemy nieznacznie dostosować wymiary szerokości i wysokości paleniska do gotowych drzwiczek, oferowanych na rynku. Ja dotychczas wybierałem tę drugą opcję i wyposażałem paleniska w komplet trzech drzwiczek. Na samym dole montowałem drzwiczki popielnikowe, pełniące czasami również funkcję wlotu powietrza pierwotnego, (jeżeli do pieca nie było doprowadzane powietrze z zewnątrz). Powyżej umieszczałem drzwiczki paleniskowe, służące do rozpalania i załadunku opału, a tuż nad nimi montowałem małe drzwiczki wyczystkowe, służące jako wlot powietrza wtórnego.


Wloty powietrza

Powietrze zarówno pierwotne jak i wtórne może być pobierane przez piec bezpośrednio z pomieszczenia w którym znajduje się piec lub może być doprowadzone z zewnątrz. Jeśli nie ma ku temu uzasadnionych przeciwwskazań zalecam i proponuję pobór powietrza z wewnątrz pomieszczenia. Piec dodatkowo pełni wówczas funkcję naturalnej wentylacji, która wymusza w trakcie palenia dopływ świeżego powietrza i likwiduje znaczną część unoszących się w powietrzu bakterii i roztoczy.


Komory akumulacyjne i zasada swobodnego ruchu gazów

Peter van der Berg sugeruje, aby paleniska batch box zabudowywać komorowym systemem akumulacji ciepła, gdyż jest on po pierwsze, zgodny z zasadą swobodnego ruchu gazów, po drugie, prosty w wykonaniu i projektowaniu, i po trzecie, znacznie bardziej wydajny i trwały niż popularne systemy kanałowe.

Piece akumulacyjne z komorowym system rozrządu gazów narodziły się w Rosji na początku XX wieku w pracowni prof. Grum-Grzymajło, autora „Teorii hydraulicznego ruchu płomienia w piecach”. W Polsce popularyzatorem tego systemu był Karol Szrajber, projektant pieców, założyciel prężnie działającej w okresie międzywojennym firmy Piece Szrajbera sp. z o.o.. W swojej książce pt.: „Nowoczesne Piece Mieszkaniowe” Szrajber szczegółowo opisuje zasady działania pieców komorowych, zasady ich projektowania oraz dostosowywania ich wielkości i mocy do realnego zapotrzebowania na ciepło w użytkowanych pomieszczeniach.


Systemy komorowe wykorzystują naturalny ruch gazów gorących, które w zamkniętej przestrzeni pieca układają się stosownie do posiadanej ciepłoty, a tym samym ciężaru. Gazy gorętsze (lżejsze) wznoszą się samoczynnie do góry i zajmują położenie szczytowe, po czym w miarę oddawania ciepła stają się cięższe i ustępują miejsca napływającym z paleniska nowym gazom gorętszym, same opadając w dół. Ogrzanie masy pieca w kierunku poziomym jest równomierne, zaś w kierunku pionowym górna część komory jest znacznie gorętsza. Różnice rozszerzania się masy w kierunku pionowym są mniej szkodliwe dla konstrukcji pieca, gdyż składa się on zwykle z warstw poziomych (cegły, kafle, itp.), które mogą w pewnych granicach rozszerzać się samodzielnie bez wywołania szkodliwych naprężeń. Wylot gazów do komina lokuje się na spodzie komory, co powoduje, że do komina przechodzą wyłącznie gazy o najniższej temperaturze.

Wyzwania projektowe

Zgodnie z założeniami technicznymi piec akumulacyjny, posiadający pewną stałą wydajność cieplną z jednostki swej powierzchni na godzinę, powinien mieć dostateczną powierzchnię grzejną do pokrycia godzinnych strat ciepła pomieszczeń, które ogrzewa oraz odpowiednią pojemność cieplną (masę), która umożliwi mu emitowania ciepła przez pożądaną ilości godzin w przerwach pomiędzy paleniami. Palenisko pieca powinno mieć zatem odpowiednią wydajność i moc, aby w krótkim czasie palenia od 1,5 do 2 godzin, przekazać masie akumulacyjnej wystarczającą ilość ciepła.

Jeśli projekt domu, w którym chcemy postawić piec zawiera dane o zapo­trze­bo­wa­niu na moc grzew­czą budynku i jego poszcze­gólnych pomiesz­cze­ń, to najważniejszą informację mamy już podaną. Jeżeli w projekcie nie ma takich danych to albo zlecamy wykonanie audytu energetycznego fachowcowi, albo przeprowadzamy go samodzielnie. Uproszczone narzędzie do wykonania takich obliczeń znajduje się na stronie http://cieplowlasciwie.pl 

Gdy znamy już zapotrzebowanie ma moc grzewczą pomieszczeń możemy przystąpić do projektowania pieca akumulacyjnego, który zaspokoi tę moc. Obszerne informacje opisujące kolejne etapy projektowania takiego pieca znajdują się w książce Karola Szrajbera. Poniżej wymieniam kilka informacji zebranych z różnych źródeł, które mogą być pomocne przy wstępnym dostosowywaniu wielkości paleniska i masy akumulacyjnej.

1. Igor Kuzniecow, powołując się rosyjskie opracowania, w dużym uproszczeniu pisze, że ciepło emitowane przez jeden metr kwadratowy pieca akumulacyjnego, który jest rozpalany dwa razy na dobę przez okres od 1,5 do 2 godzin wynosi w uśrednieniu 0,5kW na godzinę. Można zatem szacować, że piec o wymiarach 1x1x2 m. ma łączną uśrednioną moc 4kW na godzinę (nie wliczamy tu sufitu pieca, gdyż często jest on izolowany i ma minimalną emisję ciepła). Jeżeli w piecu będziemy rozpalać tylko raz dziennie, wówczas jego uśredniona moc będzie pomniejszona o 30-40% wobec dwóch rozpaleń na dobę.

2. Peter van den Berg w uproszczeniu podaje, że palenisko batch box o 15 cm średnicy podnośnika ciepła powinno być zabudowywane komorą akumulacyjną o łącznej powierzchni ścian wewnętrznych wynoszącą od 5 do 6 m2, nie licząc podłogi oraz sufitu, jeśli jest izolowany.

3. Z moich obserwacji i obliczeń wynika, że maksymalna moc paleniska batch box o 15 cm średnicy podnośnika ciepła może wynosić nawet 45kW na godzinę. Wartość tę uzyskałem, zestawiając maksymalną kubaturę paliwa jaka mieści się w palenisku z czasem pełnego wypału paliwa oraz wartością opałową drewna odczytaną z tablic. Paląc zatem w palenisku przez okres 2 godzin jesteśmy w stanie przesłać do masy akumulacyjnej ciepło, które będzie następnie emitowane do pomieszczenia przez kolejne 12-20 godzin.



4. Karol Szrajber zaznacza, że zdolność grzejna pieców akumulacyjnych o średniej i dużej pojemności cieplnej, które grzeją ciepłem zgromadzonych w ścianach akumulacyjnych zależy od intensywności ich opalania i przy forsownym paleniu może być powiększona o 50%. Dlatego też zdolność grzejną tych pieców można ustalić równą 66%, wypadających z obliczeń godzinnych strat ciepła z tym, że podczas większych mrozów, które trafiają się tylko czasami, możemy pokryć maksymalne zapotrzebowanie ciepła poprzez dłuższe lub kilkukrotne palenie.

5. Projektując piec należy również zadbać o to, aby ilość masy akumulacyjnej oraz moc i wielkość paleniska była dopasowana w taki sposób, by zapewnić nie tylko rekompensatę współczynnika godzinnych strat ciepła w ogrzewanych pomieszczeniach, ale również zagwarantować prawidłową pracę i eksploatację komina.

Jeśli mamy do czynienia z kominem wrażliwym na wilgoć (np. murowanym z cegły), należy wówczas zadbać o to, aby ilość masy akumulacyjnej odbierającej energię cieplną z paleniska dostosować do konstrukcji komina w taki w sposób, aby temperatura spalin w dowolnym odcinku komina była wyższa od punktu rosy spalin, 52°C. W przeciwnym razie skropliny będą wpływać destrukcyjnie na konstrukcję takiego komina.

Dobrze jest, jeżeli w użytkowanym regularne piecu (rozpalanym przynajmniej raz dziennie) po 10-15 minutach od rozpalenia temperatura spalin na wyjściu z pieca dochodziła do 120-150°C.

Grubość ścian akumulacyjnych

Grubość ścian akumulacyjnych pieca powinna zawierać się w przedziale od 8 do 13 cm. Większa grubość (czyli większa kubatura masy akumulacyjnej) powoduje zwiększenie zdolności magazynowania ciepła, ale także zmniejszenie prędkość przepływu tego ciepła oraz zmniejszenie temperatury powierzchni grzewczej. Zatem piec z grubszymi ścianami będzie wymagał stosunkowo dłuższego okresu palenia, aby nasycić go odpowiednią ilością ciepła i osiągnąć pożądaną temperaturę powierzchni grzewczej. Piece z grubszymi ścianami wolniej reagują na intensywność palenia, wolniej oddają ciepło i dłużej je przechowują. Piece z cieńszymi ścianami nagrzewają się szybciej, osiągają większe temperatury na powierzchni grzewczej, ale także szybciej stygną.

Warto również pamiętać że ze względów zdrowotnych maksymalna temperatura na powierzchni pieca mieszkalnego nie powinna przekraczać 60°C. Wyższa temperatura powoduje zniekształcenie naturalnego składu powietrza, które staje się suszące i ulega zanieczyszczeniu przez przypalanie organicznych cząsteczek kurzu.



Ustawienie Pieca względem ścian

Lokalizacja pieca powinna być dobrana w taki sposób, aby piec wypromieniowywał nagromadzone ciepło w najbardziej efektywny sposób. Najlepsze rezultaty uzyskamy wtedy gdy maksymalna powierzchnia pieca jest wyeksponowana na ogrzewaną przestrzeń. Lokalizacja centralna jest zatem najkorzystniejsza. Dobrym rozwiązaniem jest również wkomponowanie pieca w ścinę działową pomiędzy dwiema dużymi przestrzeniami mieszkalnymi.

Zdecydowanie należy unikać dostawiania pieca do ścian (szczególnie zewnętrznych lub nośnych), gdyż tracimy wówczas powierzchnię grzewczą. Jeśli jednak zmuszeni jesteśmy zbliżyć piec do ściany, należy zachować margines minimum 13 cm. Taka odległość między ścianą pieca a ścianą budynku nadal umożliwia swobodne emitowanie ciepła przez tę ścianę pieca.

Koszty materiałowe

Typowy piec rakietowy z paleniskiem batch box w prostej bryle prostopadłościanu o wymiarach podstawy 90 na 110 cm i wysokości 200 cm można zbudować z minimalnym budżetem na materiały rzędu 1,5-3 tys. zł. Jeśli jednak zależy nam nie tylko na dobrej akumulacji, trwałości i jakości pieca, ale również na gustownym i stylowym wyglądzie, dopasowanym do współczesnego wnętrza, to powinniśmy być gotowi na wydatek materiałowy rzędu od 5 do 10 tys. zł . Duży udział w kosztach materiałowych mogą stanowić dobrej jakości drzwiczki (paleniskowe, popielnikowe, wyczystkowe) oraz cegły charakteryzujące się zarówno dobrą wytrzymałością mechaniczną, dużą zdolnością akumulacji ciepła oraz estetyką wyglądu. Opcjonalnie piec można otynkować gliną lub zabudować kaflami, co dodatkowo może podnieść koszty.

Przykładowy kosztorys materiałowy takiego pieca, zbudowanego w całości z cegieł, przedstawia się następująco:

1. 80 nowych cegieł szamotowych do budowy części paleniskowej: 3,5-4,5 zł za sztukę.

2. Od 700 do 800 cegieł do budowy wszystkich komór, kanałów i obudowy pieca,  koszt 1 cegły w zależności od rodzaju: porozbiórkowa - 1 zł, zendrówka - 1,5 zł, szamotowa porozbiórkowa - 2 zł, klinkierowa - 2,5-3 zł, szamotowa nowa - 3,5-4,5 zł.

3. Osprzęt żeliwny: drzwiczki do paleniska z szybą od 300 do 2.000 zł, drzwiczki popielnika od 100 do 800 zł, drzwiczki wyczystkowe (4 szt.) od 200 do 800 zł.

4. Około 300 kg tłustej gliny: od 100 do 300 zł.

5. Około 1 tona piasku: 100 zł.

6. 25 kg zaprawy szamotowej: 40 zł.


Przygotowanie gliny do zaprawy zduńskiej

Gdy wszystkie materiały są już zgromadzone na miejscu budowy a fundament pod piec jest wystarczająco suchy i twardy, możemy przystąpić do przygotowania glinianej zaprawy zduńskiej.

Ponieważ glina wydobywana w różnych miejscach ma różne właściwości, nie ma możliwości podania powtarzalnej receptury na dobrą zaprawę zduńską. Dobrze przygotowana zaprawa zduńska według starych receptur jest mieszanką piasku i gliny, w której glina stanowi od 20% do 25% objętości. Nie oznacza to jednak, że mieszankę taką uzyskujemy mieszając dowolną glinę z piaskiem w stosunku 1:3 lub 1:4, gdyż glina sama w sobie może zawierć bardzo zróżnicowane ilości piasku, czasami 10%, 50% lub 70%. Osoby mające doświadczenie w wyrabianiu zaprawy zduńskiej lub chudej gliny stosowanej często w budownictwie naturalnym mogą wyczuwać właściwą proporcję tej mieszanki w palcach. Jeśli nie mamy takiego doświadczenia, powinniśmy zrobić przynajmniej jeden test potwierdzający jakość naszej mieszanki pod względem lepkości, wytrzymałości i skurczliwości.

Najprostszy taki test polega na przygotowaniu sześciu próbek z mieszankami gliny i piasku o różnych proporcjach (1:0, 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5). Rozrabiamy nasze próbki z wodą i formujemy placki o zbliżonej konsystencji, wielkości i grubości, układamy je na tej samej powierzchni i czekamy aż wyschną - może to trwać dobę, dwie lub trzy, w zależności od warunków w jakich odbywa się schnięcie. Spośród próbek wybieramy tę najbardziej twardą, wytrzymałą na uderzenia i jednocześnie pozbawioną pęknięć.

Glinę do budowy pieca możemy pozyskać bezpośrednio z wykopu, nabyć ją w cegielni w formie niewypalonych cegieł lub sproszkowaną w workach. Wiele cegielni prowadzi obecnie sprzedaż internetową, w ich ofertach jest również sproszkowana glina oraz niewypalona cegła.

Glinę zalewamy wodą i mieszamy dodając stopniowo piasek aż do uzyskania jednolitej struktury. Ilość wody w zaprawie powinna być tak dobrana, aby zaprawa przełożona pomiędzy dwiema cegłami łatwo wyciskała się podczas mocnego nacisku dłoni lub uderzeń murarskim młotkiem.

Murowanie paleniska i podnośnika ciepła

Całe palenisko oraz podnośnik ciepła należy zbudować z dobrej jakości cegieł szamotowych (spód i ścianki boczne) oraz płyt szamotowych (sklepienie), przy użyciu zaprawy szamotowej na bazie białej glinki. Grubość spoin powinna wynosić od 2 do 3 mm. Proporcja glinki do piasku szamotowego powinna wynosić 25%. Maksymalna ziarnistość kruszywa nie powinna przekraczać 1 mm. Im drobniejszy piasek, tym lepszy. Jeżeli nabyta w sklepie zaprawa szamotowa ma większą zawartość gliny niż wspomniane 25%, odchudzam ją dodając odpowiednią ilość piasku. Dodatkowo, aby obniżyć temperaturę spieku i szkliwienia spoiny z 1000°C na 600-700°C, do zaprawy szamotowej dodaję opcjonalnie sól niejodowaną lub szkło wodne i cement portlandzki. Wpływa to korzystnie na odporność i wytrzymałość zaprawy, szczególnie w tych częściach paleniska, gdzie temperatura nie dochodzi do 1000°C. Na 10 litrów zaprawy szamotowej dodaję do ½ kg soli. Jeśli zamiast soli używam szkła wodnego i cementu portlandzkiego, stosuję się do proporcji zalecanych przez producenta zaprawy szamotowej.


Murowanie komór, kanałów i obudowy pieca

Przed rozpoczęciem prac murarskich należy przez kilka (lub kilkanaście) minut moczyć w wodzie cegły, aby w pełni nasyciły się wodą. Zapobiega to szybkiemu wsiąkaniu wody z zaprawy po rurkach kapilarnych cegły i w związku z tym szybkiej utracie właściwości plastycznych zaprawy glinianej. Ponieważ zaprawa gliniana twardnieje tylko poprzez stopniowe i wolne wysychanie, a nie w skutek działania procesów chemicznych, jednym z najważniejszych warunków dobrego spojenia masy jest właściwe dociskanie cegieł jednym wprawnym ruchem ręki, bez suwania, poprawiania, i postukiwania młotkiem lub prostowania skrzywionej ściany przez nadbijanie itp. Każda cegła powinna zostać przyssana do poprzednich niewielką ilością zaprawy wypełniającej spoinę i odtąd nie powinna już być poruszana, w przeciwnym wypadku wiązanie zaprawy może zostać mocno osłabione.


Pierwszą warstwę cegieł murujemy na całej powierzchni fundamentu, ustawiając bazowe poziomy we wszystkich narożnikach. Fundament również uprzednio nasączamy wodą. Kolejne warstwy cegieł murujemy już zgodnie z projektem technicznym pieca. Grubość warstwy zaprawy po wmurowaniu cegieł poziomo i pionowo powinna wynosić 3-8 mm, optymalnie 5 mm. Zaprawę należy układać na całej szerokości muru. W każdym narożniku najlepiej jest ułożyć minimum trzy warstwy cegieł zanim wypełni się odcinki ścian pomiędzy nimi. Fachowo określa się to wyciąganiem narożników. Cegły w narożnikach muszą być ułożone naprzemiennie. Należy zadbać o uzyskanie jednakowego poziomu kolejnych warstw cegieł we wszystkich narożnikach. Po ułożeniu każdej kolejnej warstwy cegieł w narożniku należy kontrolować pionowe ustawienie muru przy użyciu poziomicy. Kontrolę poziomego ułożenia cegieł pomiędzy narożnikami ułatwia rozciągnięcie sznurka murarskiego. Cegły układa się w kolejnych warstwach w sposób zapewniający prawidłowe ich przewiązanie. Spoiny pionowe w sąsiadujących ze sobą warstwach w żadnym wypadku nie mogą się pokrywać, lecz muszą być przesunięte co najmniej o połowę wysokości cegły. Jeżeli to możliwe zaleca się wykonanie przewiązania poprzez przesunięcie wynoszące połowę szerokości cegły.

Cegły należy docinać staranie, aby pasowały do siebie jak najlepiej, bez sztukowania i wypełniania pustych miejsc i nierówności gliną lub kawałkami cegły. Do cięcia cegieł można użyć piły stołowej z tarczą diamentową, szlifierki kątowej z tarczą diamentową lub ręcznej pilarki brzeszczotowej z napędem elektrycznym. Ścięty bok cegły należy przed nałożeniem zaprawy dokładnie umyć wodą aby usunąć warstwę pyłu naniesionego podczas cięcia. Jeśli pozostawimy ten pył na cegle zmniejszymy przyczepność zabrudzonej płaszczyzny do zaprawy i muru. Docięte cegły należy wmurowywać w środkowej części ściany, możliwie jak najdalej od narożników.

Cegły do budowy pieca

Jeśli planujemy przy budowie pieca używać więcej niż jednego rodzaju cegieł, np. cegieł szamotowych i zwyczajnych, murując z cegieł szamotowych tylko ścianki paleniska, a ze zwyczajnych całą resztę, należy pamiętać, że współczynniki cieplnego rozciągania się tych dwóch rodzajów cegieł są różne - nagrzewane rozciągają w różny sposób. Dlatego trzeba unikać łączenia muru szamotowego i spoin szamotowych z murem i spoinami zwykłych cegieł. Różnie nagrzane i nierówno rozciągnięte będą niszczyć jednolitość muru. Dlatego jeden rodzaj cegieł nie powinien dotykać drugiego rodzaju. Ścianki szamotowego paleniska muszą być wymurowane oddzielnie od ścianek ze zwykłych czerwonych cegieł, pozostawiając odstępy 5 mm, które wypełniamy kartonem bazaltu lub matą ceramiczną (jeżeli mamy uzyskać przenikalność ciepła) lub materiałem izolacyjnym.

Uwagi dotyczące zaprawy w duktach

Budując dukty z cegieł zaprawianych gliną należy starannie gładzić spoiny gliniane mokrą ręką. Im gładsze spoiny, tym trudniej sadza przykleja się do nich i tym łatwiej jest ją oderwać podczas czyszczenia pieców. Gładkość powierzchni ma też korzystny wpływ na swobodę przepływu gazów.

Montaż drzwiczek i elementów metalowych

Wszystkie miejsca styku cegieł ze stalowymi lub żeliwnymi drzwiczkami oraz innymi metalowymi częściami konstrukcyjnymi pieca należy wyścielić uszczelniającą warstwą maty z włókna ceramicznego o grubości od 5 do 10 mm. Rozszerzalność temperaturowa cegieł oraz elementów metalowych jest różna. Zastosowanie maty ceramicznej jako szczelnej warstwy dylatacyjnej daje zatem możliwość swobodnej pracy tym materiałom i minimalizuje powstawianie napięć powierzchniowych pomiędzy nimi. Unikamy w ten sposób ryzyka pęknięć powierzchni muru bądź elementów metalowych.


Sklepienie pieca

Idealnie jest, jeżeli cała konstrukcja pieca zbudowana jest z monolitycznego materiału. Unikamy wówczas różnic w rozszerzalnościach cieplnych różnych materiałów. Warto zatem dołożyć starań na etapie projektowania, aby sklepienie pieca ceglanego było również wykonane z cegieł lub płyt ceramicznych, ustawionych na ceglanych krawędziach i podporach, bez konieczności posiłkowania się metalowymi wspornikami. Jeżeli już musimy użyć elementów metalowych warto zabezpieczyć je antykorozyjnymi farbami żaroodpornymi oraz izolacją z maty mineralnej nie tylko w miejscach łączenia metalu z cegłami, ale na całej długości metalowych wsporników. Dobrą alternatywą dla metalowych wsporników jest samodzielne wykonanie odlewu płyt sklepienia pieca z cementu ogniotrwałego i piasku kwarcowego. Watro również pamiętać, że sklepienie pieca komorowego przyjmuje na siebie najwyższą temperaturę, ponieważ najgorętsze powietrze wędruje zawsze do góry. Warto zatem zadbać o odpowiednią grubość sklepienia. Dobrze aby miało ono przynajmniej 10-15 cm grubości. Układamy zatem na płasko dwie warstwy cegieł, unikając pokrywania się spoin. W zależności od potrzeb sklepienie można pokryć również materiałem izolacyjnym. Zmagazynowane ciepło będzie wówczas stopniowo przekazywane i oddawane przez te ściany pieca, które pozbawione są izolacji.



Wysychanie pieca i pierwsze rozpalanie

Rozpoczynając eksploatację nowego pieca należy przestrzegać procesu wysychania nowej konstrukcji. Nowy piec należy osuszać przez okres około 4-6 tygodni, do momentu wyparowania z konstrukcji pieca wody, która dostała się do niej w trakcie prac budowlanych. Suszenie należy wykonywać przy otwartych drzwiczkach paleniska, popielnika, wyczystek oraz szybrach.

Palenie w piecu należy rozpoczynać stopniowo. Początkowy schemat palenia może wyglądać następująco: czekamy od 4 do 6 tygodni bez palenia. Przed pierwszym paleniem sprawdzamy ciąg w kominie. Jeśli w kominie nie ma ciągu to albo wstrzymujemy się z rozpalaniem w piecu do momentu aż pojawi się ciąg, (wieczorami, gdy na szczycie komina jest chłodniej niż w pomieszczeniu, ciąg jest już odpowiedni), albo w pierwszej kolejności rozgrzewamy przewód kominowy poprzez wyczystkę, aby zainicjować ciąg. Podczas pierwszego dnia palimy w piecu drobno pociętymi kawałkami drewna przez 15 minut. Kolejnego dnia palimy tak samo przez 20 minut, następnego dnia o 5 minut dłużej. Po 7 dniach dojdziemy do 45 minut. W kolejnych dniach stopniowo zwiększamy ilość materiału opałowego do momentu osiągnięcia optymalnej ilości opału w warunkach eksploatacji. Palenie w trybie suszenia należy wykonywać do momentu, w którym całkowicie zakończy się powstawanie kondensatu („pocenie się“) na zewnętrznych powierzchniach ścian pieca. Trzeba pamiętać, że eksploatowany piec, który przez długi czas nie był opalany i który znajduje się w pomieszczeniu o niskiej temperaturze, należy również wypalać stopniowo. Nieprzestrzeganie tych zaleceń może prowadzić do tworzenia się szczelin w konstrukcji pieca.


Zamknięcie pieca po wygaszeniu

Gdy piec już się nagrzeje i zostanie wygaszony, powietrze dalej będzie miało naturalną tendencję, by siłą ciągu przepływać przez piec. A przepływające powietrze wyprowadza z pieca ciepło na zewnątrz. Dlatego po zakończeniu palenia i wygaszeniu ognia warto zamknąć szczelnie wszystkie wloty powietrza.



Artur Jan Milicki Wolnomyśliciel, społecznik, praktyk i promotor kooperatyzmu, otwartej kultury, ekoosadnictwa, lokalnej samowystarczalności, rozwoju osobistego oraz społecznej i duchowej wolności. Współtwórca „Akademii Bosej Stopy”. Z zamiłowania zdun, naturalny budowniczy, ogrodnik.
Zajrzyj na: Piece Artura: http://pieceartura.pl/ 


 

Najnowsze i najpopularniejsze dawki wiedzy

Zamknij

Podaj tutaj swój adres email: